dit artikel is een van een reeks experimenten bedoeld om studenten te leren hoe wetenschap wordt gedaan, van het genereren van een hypothese tot het ontwerpen van een experiment tot het analyseren van de resultaten met statistieken. U kunt de stappen hier herhalen en uw resultaten vergelijken — of dit gebruiken als inspiratie om uw eigen experiment te ontwerpen.Voor het maken van rock candy thuis zijn slechts twee ingrediënten nodig: water en suiker. Veel suiker, zoals ik ontdekte toen ik in 2018 een rock candy-experiment uitvoerde (en het zoete spul op was). De meeste recepten raden het gebruik van ongeveer drie keer zoveel suiker als water. Dat is zoveel, Het lijkt zonde. Om te zien of ik met minder weg kon komen, deed ik een ander experiment.
Spoiler: minder suiker is niet het antwoord.
In mijn vorige experiment toonde ik aan dat zaadkristallen erg belangrijk zijn voor het maken van rock candy. Het plaatsen van een paar korrels suiker op een stok of touw bevordert de vorming van grotere kristallen. Dit versnelt het maken van snoep.
ik had berekend dat ik 52 plastic bekers met een suikeroplossing moest vullen om genoeg rock candy te maken voor dat experiment. Maar het snoep recept gebruikte meer suiker dan ik had verwacht en ik liep snel op. Dat komt omdat het recept een kilogram (8 kopjes) suiker vereiste voor elke 300 gram (2,7 kopjes) water. Dat is een suiker / water verhouding van 3: 1. Uiteindelijk moest ik mijn experiment met slechts 18 plastic bekers uitvoeren.
het kwam uiteindelijk allemaal goed en ik kon mijn hypothese testen. Maar ik vroeg me af of ik minder suiker en meer water had kunnen gebruiken. Om erachter te komen, was een ander experiment op zijn plaats.
Superverzadigde suiker
het maken van rock candy begint met het oplossen van suiker in water. De verhouding suiker / water van het recept is echter zo hoog dat de suiker niet zal oplossen zonder hulp. Hoeveel ik ook roer, er is gewoon te veel suiker.
dat verandert wanneer de watertemperatuur stijgt. Als water opwarmt, bewegen individuele watermoleculen steeds sneller. Die snelle moleculen kunnen makkelijker de suikerkristallen breken die in het water waren gedumpt. Al snel Lost alle suiker op in het water en wordt het water helder.
deze oplossing is echter niet stabiel. Het is een super verzadigde oplossing. Het water bevat meer suiker dan het bij kamertemperatuur kan vasthouden. Als het water afkoelt, dan, de suiker langzaam neerslaat – steeds weer vast. Als de suikerkristallen iets hebben om aan te hechten-zoals een stok of een touwtje met een beetje suiker er al op — zullen ze de neiging hebben om er aan te hechten. Na verloop van tijd klampen er genoeg suikerkristallen aan elkaar vast om een stuk rots snoep te maken.
maar hoe superverzadigd moet mijn oplossing zijn om rock candy te maken? Om dit uit te zoeken, begin ik met een verklaring die ik kan testen — een hypothese. Mijn hypothese is dat het gebruik van een lagere verhouding suiker / water in mijn oplossing minder rock candy zal produceren dan een mengsel met een hoge suikerconcentratie.
Cooking candy
om deze hypothese te testen, maakte ik drie partijen rock candy. De eerste partij is mijn controle – het originele rock candy recept met een 3: 1 verhouding van suiker tot water, een super-verzadigde oplossing. Een tweede partij gebruikte een suiker-water verhouding van 1: 1. Die oplossing is verzadigd – de suiker gaat in oplossing met roeren en misschien een beetje warmte. De derde groep heeft een oplossing met een suiker-waterverhouding van 0,33: 1. Deze oplossing is niet verzadigd; de suiker lost op in het water bij kamertemperatuur.
ik kan voor elke testvoorwaarde niet één stuk snoep maken. Ik moet mijn experiment herhalen en genoeg rock snoep maken om een verschil tussen de drie groepen te detecteren. Voor dit experiment betekende dat het koken van 12 partijen rock candy voor elke groep.
ik heb eerder rock candy gemaakt voor een experiment. Deze keer heb ik een paar wijzigingen aangebracht.:
- Meet uit en knip 36 schone stukken touw. Zorg ervoor dat er genoeg touw om te binden rond een stok boven de beker, terwijl nog steeds het verlaten van touw te bengelen in de suikeroplossing.
- dompel een uiteinde van de snaar 12,7 centimeter in een kopje schoon water, rol het dan in een kleine stapel suiker. Zet opzij om te drogen.
- zie 36 plastic of glazen bekers.
- breng in een grote pot het water en de suiker aan de kook onder roeren. Hou je mix in de gaten. Wanneer het water aan de kook komt, moet de suiker in de oplossing pop en het water zal helder worden.
- meng voor uw 3:1 oplossing 512 gram water en 1,5 kilogram suiker. Ik maakte twee batches, die uiteindelijk met ongeveer 8 kopjes water en 24 kopjes suiker in totaal.
- voeg voor de 1:1 oplossing gelijke hoeveelheden suiker en water toe aan de pot en breng aan de kook. Dus voor 12 kopjes water heb je 12 kopjes suiker nodig.
- voor de 0,33: 1 oplossing moeten 15 kopjes water en 5 kopjes suiker voldoende zijn.
- zodra de oplossing duidelijk is, voeg kleurstof toe om een gewenste kleur te krijgen. Ik gebruikte rood voor mijn 3: 1 oplossing, groen voor mijn 1:1 oplossing en blauw voor mijn 0,33: 1 oplossing.
- als uw oplossing heet is, Wilt u misschien een paar minuten wachten voordat u deze in de bekers giet. Als de bekers dun, goedkoop plastic zijn, kan de hete vloeistof ze laten smelten en doorzakken. (Dit overkwam mij; mijn rode bekers waren verdrietig en uitgezakt aan de onderkant.)
- giet 300 milliliter (10 vloeibare ons, iets meer dan een kopje) van de oplossing in elk kopje. Het kan nodig zijn om een andere partij of twee van elke oplossing te maken totdat je genoeg hebt om alle 12 kopjes in elke groep te vullen.
- weeg elke tekenreeks voordat u deze in de oplossing dompelt. Gebruik een schaal om de massa van elke snaar in gram te bepalen (elk van de mijne woog ongeveer een gram). Zodra u de massa hebt genoteerd, doop de stick voorzichtig in een kopje van de suikeroplossing en zet deze op zijn plaats. Zorg ervoor dat het touwtje de onderkant of zijkanten van de beker niet raakt. Ik bond elk touw aan een houten spies geplaatst over meerdere bekers.
- zet alle bekers op een koele, droge plaats waar ze niet worden verstoord.
- wacht. Hoe lang? U zult suikerkristallen beginnen te zien vormen na een dag of zo. Maar als je snoep wilt eten, moet je minstens vijf dagen wachten.
aan het einde van het experiment moet de schaal opnieuw worden verwijderd. Trek elk touw uit zijn Beker, zorg ervoor dat het niet druipt, en weeg het een tweede keer. Moet je het eten? Misschien niet.
heb je je gegevens en eet het ook?
om te weten te komen hoeveel rock candy je in elke groep hebt gemaakt, trek je het gewicht van elke snaar aan het begin van het experiment af van het gewicht van de snaar Met een snoepcoating. Dat zal je vertellen hoeveel gram suikerkristallen waren gegroeid.
aan het einde van mijn vijfdaagse experiment maakte ik een spreadsheet van mijn resultaten, waarbij elke groep zijn eigen kolom kreeg. Onderaan heb ik het gemiddelde berekend — de gemiddelde kristalgroei — voor elke groep.
mijn superverzadigde controlegroep groeide gemiddeld 10,5 gram snoep. Het snoep zag er roze en lekker uit. Maar mijn andere groepen groeiden gemiddeld-nul gram snoep. Ze zagen eruit als vochtige blauwe of groene stukjes touw. Sommige bekers werden zelfs schimmel. (Bruto. Eet die niet op.)
waren de drie groepen verschillend van elkaar? Het leek er zeker op dat de superverzadigde groep anders was. Maar om zeker te zijn, moest ik wat statistieken uitvoeren — tests die mijn bevindingen zullen interpreteren.
de eerste test die ik deed was een variantieanalyse, ofwel ANOVA. Deze test wordt gebruikt om de gemiddelden van drie of meer groepen te vergelijken. Er zijn gratis rekenmachines die deze test voor u online zal uitvoeren. Ik heb die van goede rekenmachines gebruikt.
deze test geeft u twee RESULTATEN, Een F-stat en een p-waarde. Een F-stat is een getal dat je vertelt of drie of meer groepen van elkaar verschillen. Hoe hoger de F-stat, hoe waarschijnlijker het is dat de groepen op de een of andere manier van elkaar verschillen. Mijn F-stat was 42,8. Dat is heel groot. er is een groot verschil tussen deze drie groepen.
de p-waarde is een waarschijnlijkheidsmaat. Het meet hoe waarschijnlijk het is dat ik per ongeluk een verschil zou vinden tussen mijn drie fracties die minstens zo groot waren als degene die ik rapporteer. Een p-waarde van minder dan 0,05 (of vijf procent) wordt door veel wetenschappers als statistisch significant beschouwd.”De p-waarde die ik kreeg van goede rekenmachines was zo klein dat het werd gemeld als 0. Er is 0 procent kans dat ik per ongeluk zo ‘ n groot verschil zou zien.
maar dit zijn slechts getallen die een verschil tussen de drie groepen aangeven. Ze vertellen me niet waar het verschil is. Is het tussen de controlegroep en de 0,33:1 groep? De 1: 1 groep en de 0.33: 1 groep? Allebei? Geen van beide? Ik heb geen idee.
om te leren, moet ik een andere test uitvoeren. Deze test wordt een post-hoc test genoemd — een waarmee ik mijn gegevens verder kan analyseren. Post-hoc tests mogen alleen worden gebruikt wanneer u een significant resultaat te analyseren.
er zijn vele soorten post-hoc tests. Ik heb Tukey ‘ s afstandstest gebruikt. Het zal alle middelen tussen alle groepen vergelijken. Dus het zal de 3:1 verhouding vergelijken met de 1:1, dan 3:1 tot 0,33 tot 1, en tenslotte 1:1 tot 0,33 tot 1. Voor elk geeft de Tukey ‘ s range test een p-waarde.
mijn Tukey ‘ s range test toonde aan dat de 3:1 controlegroep significant verschilde van de 1:1 (een p-waarde van 0,01, een kans van één procent op een verschil). De 3:1 groep was ook significant verschillend van de 0,33: 1 (een p-waarde van 0,01). Maar de 1:1 en 0.33: 1 groepen waren niet verschillend van elkaar (wat je zou verwachten, aangezien beide gemiddeld nul kristalgroei hadden). Ik heb een grafiek gemaakt om mijn resultaten te laten zien.
dit experiment lijkt vrij duidelijk: als je rock candy wilt, heb je veel suiker nodig. De super-verzadigde oplossing is een must, zodat de suiker kan kristalliseren op uw snaar.
maar er zijn altijd dingen die een wetenschapper beter kan doen in elk onderzoek. Ik had bijvoorbeeld drie groepen met verschillende hoeveelheden suiker in het water. Maar een andere goede controle — een groep waar niets verandert-zou er een zijn met helemaal geen suiker in het water. De volgende keer dat ik snoep voor mezelf wil maken, moet ik een ander experiment doen.
Materialen Lijst
Kristalsuiker (6 zakken, $6.36 elk)
Grill de spiesjes (pak van 100, $4.99)
Clear plastic bekers (pak van 100, $6.17)
String ($2.84)
Grote pot (4 liter, $11.99)
maatbekers ($7.46)
Scotch-tape ($1.99)
kleurstof ($3.66)
Rol papier handdoeken ($0.98)
Nitril en latex handschoenen ($4.24)
Kleine digitale weegschaal ($11.85)