Teorija
Če hočemo razumeti, zakaj se guma pri segrevanju obnaša drugače, kot večina drugih materialov, moramo sprva vedeti nekaj malega o njeni sestavi. Gumo gradijo dolge verige ponavljajočih se molekul. Najmanjša enota se imenuje monomer (grško: mono - ena, mer - enota). Več tisoč monomerov, povezanih skupaj, pa tvori dolge verige, ki jim pravimo polimeri.
Prva lastnost, ki jo opazimo pri gumi, je njena prožnost. Pri razlagi elastičnih lastnosti gume si pomagamo s pojmom entropije (nereda). S pomočjo drugega zakona termodinamike lahko zaključimo, da se ob zvišanju temperature poveča tudi nered. Kot rečeno, je guma sestavljena iz številnih prepletenih verig (Slika 1). V takem stanju je stopnja entropije visoka.
Slika 1: Guma v neraztegnjenem stanju.
Ko gumo raztegnemo, se polimeri pravilneje porazdelijo in preidejo v stanje, prikazano na Sliki 2.
Slika 2: Guma v raztegnjenem stanju.
V takem stanju so molekule bolj urejene, zato imajo manjšo entropijo, kot so jo imele v neraztegnjenem stanju. Ko gume ne raztegujemo več, začnejo molekule spet težiti k prvotnemu stanju in večjemu neredu. Zaradi tega se guma po prenehanju delovanja sile spet vrne v prvotno obliko.
Za povačenaje učinka raztezanja se pogosto uporablja še križanje, to je kemično povezovanje verig v gumi v eno samo molekulo. Razlika med prižano in nekrižano verigo je predstavljena na Sliki 3. V križani gumi vezi (na sliki rdeče) povežejo gumo v posebno obliko, kar gumi omogoča, da se po številnih raztezanjih le malo deformira.
Slika 3: Nekrižana (levo) in križana veriga
(desno).
Prav zaradi dolgih verig, povečanja entropije in veljavnosti drugega zakona termodinamike, se guma ob segrevanju krči. Kadar je hladna, je stopnja entropije v njej nižja in s tem je manjša tudi neurejenost med verigami. Z višanjem temperature pa se entropija veča in verige so bolj zamotane (Slika 4).
Slika 4: Sprememba entropija zaradi spremembe
temperature.