denna artikel är en av en serie experiment som är avsedda att lära eleverna om hur vetenskapen görs, från att generera en hypotes för att utforma ett experiment för att analysera resultaten med statistik. Du kan upprepa stegen här och jämföra dina resultat-eller använda detta som inspiration för att designa ditt eget experiment.
att göra rockgodis hemma kräver bara två ingredienser-vatten och socker. Mycket socker, som jag fick reda på när jag körde ett rockgodisexperiment 2018 (och sprang ut ur de söta grejerna). De flesta recept rekommenderar att du använder ungefär tre gånger så mycket socker som vatten. Det är så mycket, det verkar som ett slöseri. För att se om jag kunde komma undan med mindre, körde jag ett annat experiment.
Spoiler: mindre socker är inte svaret.
i mitt tidigare experiment visade jag att frökristaller är mycket viktiga för att skapa rockgodis. Att lägga några sockerkorn på en pinne eller sträng främjar bildandet av större kristaller. Detta påskyndar godistillverkningen.
jag hade beräknat att för att göra tillräckligt med rockgodis för det experimentet skulle jag behöva fylla 52 plastkoppar med en sockerlösning. Men godisreceptet använde mer socker än jag förväntade mig och jag sprang snabbt ut. Det beror på att receptet krävde ett kilo (8 koppar) socker för varje 300 gram (2,7 koppar) vatten. Det är ett socker-till-vatten-förhållande på 3: 1. Till slut var jag tvungen att köra mitt experiment med bara 18 plastkoppar.
allt fungerade i slutet och jag kunde testa min hypotes. Men jag undrade om jag kunde ha använt mindre socker och mer vatten. För att ta reda på var ett annat experiment i ordning.
Supermättat socker
att göra rockgodis börjar med att lösa upp socker i vatten. Receptets förhållande mellan socker och vatten är dock så högt att sockret inte löser sig utan hjälp. Oavsett hur mycket jag rör, det finns bara för mycket socker.
som ändras när vattentemperaturen ökar. När vatten värms upp rör sig enskilda vattenmolekyler snabbare och snabbare. Dessa snabba molekyler kan lättare bryta upp sockerkristallerna som dumpats i vattnet. Snart löses allt socker i vattnet och vattnet blir klart.
denna lösning är dock inte stabil. Det är en supermättad lösning. Vattnet innehåller mer socker än det kan hålla vid rumstemperatur. När vattnet svalnar, faller sockret långsamt ut — blir fast igen. Om sockerkristallerna har något att fästa på — som en pinne eller snöre med lite socker redan på den — tenderar de att fästa där. Med tiden klämmer tillräckligt med sockerkristaller ihop för att göra en bit av rockgodis.
men hur supermättad behöver min lösning vara för att göra rockgodis? För att räkna ut detta börjar jag med ett uttalande som jag kan testa — en hypotes. Min hypotes är att användning av ett lägre förhållande socker till vatten i min lösning kommer att producera mindre rockgodis än en blandning med hög sockerkoncentration.
matlagning godis
för att testa denna hypotes gjorde jag tre satser rock godis. Den första satsen är my control-det ursprungliga rock candy-receptet med ett 3:1-förhållande socker till vatten, en supermättad lösning. En andra sats använde ett socker-till-vattenförhållande på 1: 1. Den lösningen är mättad-sockret går i lösning under omrörning och kanske lite värme. Den tredje gruppen har en lösning med ett socker-till-vatten-förhållande på 0,33:1. Denna lösning är inte mättad, sockret löses upp i vattnet vid rumstemperatur.
jag kan inte göra bara en bit rock godis för varje testtillstånd. Jag måste upprepa mitt experiment och göra tillräckligt med rockgodis för att upptäcka en skillnad mellan de tre grupperna. För detta experiment, som innebar matlagning upp 12 partier av rock godis för varje grupp.
jag har gjort rockgodis för ett experiment tidigare. Den här gången gjorde jag några ändringar:
- Mät ut och skär 36 rena bitar av snöre. Se till att det finns tillräckligt med snöre för att binda runt en pinne ovanför koppen, medan du fortfarande lämnar strängen för att dingla i sockerlösningen.
- doppa ena änden av strängen 12,7 centimeter (5 tum) i en kopp rent vatten och rulla sedan i en liten hög med socker. Lägg åt sidan för att torka.
- Ställ ut 36 plast-eller glaskoppar.
- låt vattnet och sockret koka i en stor kruka under omrörning. Håll ett öga på din mix. När vattnet kokar, ska sockret dyka upp i lösningen och vattnet blir klart.
- för din 3: 1-lösning, blanda 512 gram (4 koppar) vatten och 1,5 kg (12 koppar) socker. Jag gjorde två satser, som slutade med att använda cirka 8 koppar vatten och 24 koppar socker totalt.
- för 1: 1-lösningen, tillsätt lika stora mängder socker och vatten i potten och koka upp. Så för 12 koppar vatten skulle du behöva 12 koppar socker.
- för 0,33: 1-lösningen bör 15 koppar vatten och 5 koppar socker vara gott.
- när lösningen är klar, lägg till matfärgning för att få önskad färg. Jag använde röd för min 3:1-lösning, grön för min 1:1-lösning och blå för min 0.33:1-lösning.
- om din lösning är varm kanske du vill vänta några minuter innan du häller den i kopparna. Om kopparna är tunna, billiga plast, kan den heta vätskan få dem att smälta och sakta. (Detta hände mig; mina röda koppar var ledsna och saggiga längst ner.)
- häll 300 ml (10 fluid ounces, lite mer än en kopp) av lösningen i varje kopp med en mätkopp. Du kan behöva göra en annan sats eller två av varje lösning tills du har tillräckligt för att fylla alla 12 koppar i varje grupp.
- väg varje sträng innan du doppar den i lösningen. Använd en skala för att hitta massan av varje sträng i gram (var och en av mina vägde ungefär ett gram). När du har noterat massan, doppa pinnen försiktigt i en kopp sockerlösningen och säkra den på plats. Se till att strängen inte vidrör koppens botten eller sidor. Jag bundet varje sträng till en träspett placerad över flera koppar.
- Lägg alla koppar på en sval, torr plats där de inte kommer att störas.
- vänta. Hur länge? Du kommer att börja se sockerkristaller bildas efter en dag eller så. Men om du vill ha godis att äta, Vill du vänta minst fem dagar.
i slutet av experimentet, ta ut skalan igen. Dra varje sträng ur koppen, se till att den inte droppar och väga den en andra gång. Ska du äta det? Kanske inte.
har dina data och äter det också?
för att ta reda på hur mycket rockgodis du gjorde i varje grupp, subtrahera vikten på varje sträng i början av experimentet från vikten på den godisbelagda strängen. Det kommer att berätta hur många gram sockerkristaller hade vuxit.
i slutet av mitt femdagarsexperiment skapade jag ett kalkylblad med mina resultat, där varje grupp fick sin egen kolumn. I botten beräknade jag medelvärdet — den genomsnittliga kristalltillväxten-för varje grupp.
min supermättade kontrollgrupp växte i genomsnitt 10,5 gram godis. Godiset såg rosa och välsmakande ut. Men mina andra grupper växte i genomsnitt-noll gram godis. De såg ut som fuktiga blå eller gröna bitar av snöre. Några av kopparna växte till och med mögel. (Bruttonationalprodukt. Ät inte dem.)
var de tre grupperna olika varandra? Det verkade verkligen som om den supermättade gruppen var annorlunda. Men för att vara säker, jag behövde köra några statistik — tester som kommer att tolka mina resultat.
det första testet jag gjorde var en variansanalys, eller ANOVA. Detta test används för att jämföra medel för tre eller flera grupper. Det finns gratis räknare som kör detta test för dig online. Jag använde den på bra räknare.
detta test ger dig två resultat, ett F-stat och ett p-värde. En F-stat är ett tal som talar om för dig om tre eller flera grupper skiljer sig från varandra. Ju högre F-stat, desto mer sannolikt är det att grupperna skiljer sig från varandra på något sätt. Min F-stat var 42,8. Det är väldigt stort; det finns en stor skillnad mellan dessa tre grupper.
p-värdet är ett mått på Sannolikhet. Det mäter hur troligt det är att jag av en slump skulle hitta en skillnad mellan mina tre grupper som var minst lika stor som den jag rapporterar. Ett p-värde på mindre än 0,05 (eller fem procent) anses av många forskare vara statistiskt ”signifikant.”P-värdet jag fick från bra räknare var så litet att det rapporterades som 0. Det finns en 0 procent chans att jag skulle se en skillnad så stor av misstag.
men det här är bara siffror som rapporterar en skillnad mellan de tre grupperna. De säger inte var skillnaden är. Är det mellan kontrollgruppen och 0.33: 1-gruppen? 1: 1-gruppen och 0.33: 1-gruppen? Båda? Varken? Jag har ingen aning.
för att lära mig måste jag köra ett annat test. Detta test kallas ett post-hoc — test-ett som låter mig analysera mina data ytterligare. Post-hoc-tester bör endast användas när du har ett betydande resultat att analysera.
det finns många typer av post-hoc-tester. Jag använde Tukey ’ s range test. Det kommer att jämföra alla medel mellan alla grupper. Så det kommer att jämföra förhållandet 3:1 mot 1:1, sedan 3:1 till 0,33 till 1 och slutligen 1:1 till 0,33 till 1. För varje ger Tukeys intervalltest ett p-värde.
mitt Tukeys intervalltest visade att 3:1-kontrollgruppen skilde sig signifikant från 1: 1 (ett p-värde på 0, 01, en procents chans för skillnad). 3:1-gruppen skilde sig också signifikant från 0.33: 1 (ett p-värde på 0.01). Men grupperna 1:1 och 0,33: 1 skilde sig inte från varandra (vilket du kan förvänta dig, eftersom båda var i genomsnitt nollkristalltillväxt). Jag gjorde en graf för att visa mina resultat.
detta experiment verkar ganska tydligt: om du vill ha rockgodis behöver du mycket socker. Den supermättade lösningen är ett måste så att sockret kan kristallisera ut på din sträng.
men det finns alltid saker som en forskare kan göra bättre i någon studie. Till exempel hade jag tre grupper med olika mängder socker i vattnet. Men en annan bra kontroll-en grupp där ingenting förändras – skulle vara en utan socker i vattnet alls. Nästa gång jag vill göra mig lite godis, har jag ett annat experiment att göra.
materiallista
granulerat socker (6 påsar, $6.36 vardera)
grillspett (förpackning med 100, $4.99)
klara plastkoppar (förpackning med 100, $6.17)
sträng ($2.84)
stor kruka (4 liter, $11.99)
mätkoppar ($7.46)
scotch tape ($1.99)
matfärgning ($3.66)
rulle pappershanddukar ($0.98)
nitril-eller latexhandskar ($4.24)
liten digital skala ($11.85)