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引言

你是否想过雨天窗户上的水滴是怎样形成的?为什么有些虫子可以在水面上行走?或者为什么你要用肥皂洗手?其实这些都与一种叫做表面张力的现象有关。在本次活动中,你将学会怎样利用表面张力让一只剪纸鱼绕着自己游泳!

背景

无论是雨天坐车还是在厨房柜台上洒水,你或许都见过水滴的形成。是什么让这些水珠聚集——有时甚至接近球形呢?为什么它们没有均匀地分散开来,或者跌碎成更小的水滴呢? 它们是被一种叫做表面张力东西束缚在一起了。水分子间有微小的相互吸引力,在水珠表面,水分子之间的相互吸引力要比对周围空气分子的吸引力大,于是便形成了一层薄薄的“皮肤”,将水分子紧紧维系在一起,难以打破。

第 1 段(可获 2.21 积分)

有时强大的表面张力是很有助益的——比如昆虫需要利用表面张力在水面上行走。但有时我们又希望水的表面张力小一些—例如洗衣服或者洗碗的时候。 这是因为污渍以及衣物纤维中有很多细小的孔洞,强大的表面张力会使水难以慎入这些孔洞。使用肥皂或洗涤剂可以减小水的表面张力,从而使水容易进入这些隐匿的边边角角。你想过可以利用表面张力的这种变化使物体滑过水面吗?试试这个项目就能找出答案!

第 2 段(可获 1.46 积分)

材料

  • 浅盘
  • 自来水
  • 一张纸
  • 剪刀
  • 滴管
  • 肥皂
  • 不怕肥皂水喷溅的活动区

准备工作

  • 在纸上剪下一个“小鱼”形状。注意尾巴上一定要剪出一个V形缺口。
  • 在浅盘中盛入一些水,端进活动区。

过程

  • 把小鱼轻轻放在托盘一端的水面上,尾巴向外,头朝向浅盘里。注意要让小鱼浮在水面上,不要按进水里。
  • 在小鱼尾部的V形切口处用滴管小心地滴一滴肥皂液。看看发生了什么?
  • 将浅盘里的水倒出、洗净并擦干;重新剪一条小鱼,再试一次。得到了同样的结果吗?
  • 换一盘水,将其中一条用过的小鱼在干净水中再试一次,或者重新剪一条小鱼在用过的水中试一试。结果还一样吗?为什么呢?
  • 附加:剪出不同形状的小鱼试试。这些形状必须像鱼一样呈“流线型”吗?如果形状像对称的圆形或方形会怎样?
  • 附加: 将这个试验用厨房里能找到的不同液体试一试 ,比如植物油或果汁。这些液体有没有肥皂液一样的功效嗯?会有液体起作用吗?你认为为什么会这样呢?
第 3 段(可获 3.14 积分)

Observations and results

When you place the paper fish on the water’s surface and it floats, the surface tension of the water pulls at it from all sides. Because it is completely surrounded by water, surface tension pulls evenly in every direction, and it does not move. When you add a drop of soap to one side of the fish, the surface tension on that side suddenly becomes lower so the fish is not pulled as hard in that direction, and it moves in the other direction. This is a great example of Newton's first law of motion! The fish is initially at rest and the forces on it are balanced so it remains at rest. When you add the soap, the forces on it become unbalanced so it accelerates.

第 4 段(可获 1.65 积分)

You will probably find it is difficult to either reuse a paper fish or a tray of water. Once the fish and/or water are “contaminated” with some soap, the soap spreads and the surface tension is lowered everywhere, rather than on just one side of the fish, so you can no longer make it move. You can probably find, however, the effect does work with many other shapes—even squares! You might also observe that other liquids, such as oils (which have a lower surface tension than water) work just as well as soap, but liquids such as juices (which are mostly water) do not.

Cleanup

Clean up any spilled liquids.

第 5 段(可获 1.4 积分)

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