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肥皂动力船

表面张力的变化如何影响作用在物体上的力?

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关键概念

  • 表面张力
  • 作用力

  • 介绍

    你可曾清早醒来,走到外面,发现草叶顶端有小水珠?为什么水不掉下来?你可能还会想到水黾昆虫,它们似乎可以轻松地在水面上滑行。由于表面张力,让这些成为可能。正是表面张力让液体表面变得坚固。当两种不同液体的表面张力结合时,会发生什么变化?我们将在下面的实验中找出这个问题的答案。

  • 背景

    我们现在对表面张力的大部分了解是由科学家Agnes Pockels发现的,她是“表面科学”的早期先驱。她在自家厨房的水槽里做实验,做了许多重要的观察,这些观察影响了我们研究液体的方式。表面张力不仅对许多工程流程很重要,它对地球的健康也很重要,因为它让气泡形成,从而帮助有机物质在海洋的各个层中分布。今天我们要做一个实验来帮助我们更好地理解肥皂和水是如何改变表面张力的。

  • 准备工作

    1. 将面包夹修剪成船的形状——确保船的后部在刀口所在的位置。你可能需要一个大人来帮助你完成这一步。如果你没有面包夹,可以在便签上剪出一个小船的形状(像五角形),然后在船的后面做一个凹槽。 
    2. 从水龙头里往碗里灌水。
  • 步骤

    1. 做一个预测:如果你把肥皂放进船尾的槽口会发生什么?
    2. 把船放在水里,靠近碗的边缘
    3. 用你的手指、牙签或棉签在船尾的槽口上轻拍一些洗洁精。看看会发生什么!
       
  • 观察与结果

    船在水中加速前进。这是因为液体总是从低表面张力移动到高表面张力;这被称为马兰戈尼效应。肥皂的表面张力比水小得多,所以它会从船尾的槽口向外推。这种力推动船前进,就像火箭把燃料从油箱里推出来推动自己上升一样。

  • 清理

    完成实验后,别忘了收拾干净。水可以倒进下水道,碗可以漂洗后放好。你可以把船、棉签或牙签扔掉。把其他材料放回原位。

  • 更多探索

    这个实验用的是一艘形状非常特殊的小船。不同的尺寸或形状会发生什么?这艘船能载任何东西吗?你能把重量压在上面,让它动起来吗?多少钱?除了给船增加重量,有没有办法把它变成一艘拖船,拖着它后面的东西,还能让它工作?这些改变如何影响船的性能?

  • 安全第一与成年人监督

    • 请小心按照实验说明进行操作。
    • 每个实验应有负责监护的成年人协助。
    • 尽管在家里进行科学实验是令人兴奋的学习和实践科学的方法,但必须注意,有些实验可能要求参与者采取额外的安全措施,以及/或者会把地方弄得脏乱。
    • 成年人应负责或协助处理可能有危险的材料或尖锐物品。
    • 在进行实验前,成年人应检视实验内容,并决定学童的年龄是否适合参与该些活动。