核心概念
物理
表面
表面張力
親水性
疏水性
簡介
你有沒有試過在不弄破泡泡的情況下抓住它? 這很難! 你可以使用哪些材料成功抓住泡泡? 有些材料是否比其他材料效果更好? 嘗試這個專案找出答案。
背景
泡泡既有趣又美麗,但也脆弱! 泡泡是由一層薄薄的肥皂水膜製成,裡面有空氣。許多不同的因素,例如與固體表面接觸,都會導致薄膜破裂,使泡泡破裂。 但它甚至可以在不接觸任何東西的情況下破裂,因為其中的水會逐漸蒸發,使薄膜變弱。 然而,有時你可能會注意到泡泡可以降落而不會破裂。
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當泡泡與固體表面接觸時是否破裂取決於許多不同的因素,包括材料的表面性質。你可能知道不同的材料具有不同的性質,其中一些你可以看到或感覺到(例如顏色或密度)。 然而,材料還具有其他難以直接觀察到的特性。表面可以是疏水的(排斥水)或親水的(吸引水)。 您可以透過將水滴在表面上並觀察它是否形成大水珠(疏水)或以薄片狀散開(親水)來觀察這一點。 材料是疏水性還是親水性很大程度上取決於其表面粗糙度。 一些材料(例如砂紙)具有宏觀的表面特徵,這意味著你可以用肉眼感覺到凸起並看到它們。 然而,其他材料具有微觀的特徵。 即使材料對你來說看起來和感覺都很光滑,它也可能具有非常小的凸起或孔隙。 這些實際上可以幫助材料排斥水,因為水透過表面張力結合在一起,因此無法滲入材料中的微小間隙。 其他材料(如紙或海綿)具有較大的間隙,有助於吸收水分。
所有這些特性,以及其他因素(如泡泡移動的速度以及表面是否潮溼),都會影響泡泡在落在特定表面上時是否更容易破裂。 嘗試這個專案,找出最適合抓住泡泡的方法!
材料
泡泡液(您可以購買一些,也可以用最好是蒸餾水、洗潔精和甘油或玉米糖漿在家自制。)(請參閱“準備工作”)
小碗或容器,用於盛放您自制的泡泡液
泡泡棒
用於測試的不同材料,例如鋁箔、蠟紙、列印紙、保鮮膜、木材、塑膠袋或食品儲藏容器、金屬鍋碗瓢盆、桌子、檯面等。(您可以嘗試在家中找到的任何可以沾上肥皂水的材料!注意:您可能不想使用某些材料(例如木材或傢俱)進行此活動,因為水可能會損壞它們。如果您不確定,請諮詢成年人。)
自來水
紙巾
膠帶(可選)
準備工作
要自制泡泡液,請將一杯水與兩湯匙洗潔精和一湯匙甘油或玉米糖漿混合。
切割並收集您想要測試的不同材料的薄片。 將它們平鋪在平坦的表面上,最好是在室內。(在颳風的日子裡,在戶外進行此專案會很困難。)
步驟
將泡泡棒浸入泡泡液中,然後輕輕地向第一張材料吹一些泡泡。 儘量讓它們落在上面而不是飛過它。 這可能需要一些練習,所以嘗試幾次。 當泡泡撞擊表面時會發生什麼?
嘗試將泡泡吹到其他材料上。 泡泡是否會落在任何材料上而不會破裂?
弄溼一張紙巾;用它在每個表面上擦上一層薄薄的水。
再次嘗試將泡泡吹到每個表面上。 現在會發生什麼?
將一張新的紙巾浸入泡泡液中;在每個測試表面上擦上一層薄薄的泡泡液。
再次將泡泡吹到每個表面上。 泡泡是否會粘在以前破裂的任何表面上? 它們著陸後會持續更長時間嗎?
額外:表面的方向重要嗎? 嘗試使用一些膠帶將材料貼在牆上甚至天花板上(在貼上到任何表面之前先檢查是否獲得許可)。 你還能讓泡泡落在上面嗎?
額外:嘗試不同的自制泡泡液配方。(請參閱“更多探索”)哪些泡泡最容易抓住?
觀察和結果
當所有材料都乾燥時,你可能會發現光滑的防水錶面最適合抓住泡泡。 蠟紙、保鮮膜和鋁箔效果都很好。 像紙一樣吸收水的材料可能會導致泡泡破裂,因為它們會迅速吸收泡泡中的水分。 你可能會驚訝地發現其他看似光滑的防水錶面,例如塑膠容器或鋼製煎鍋,也無法在不破裂的情況下抓住泡泡。 請記住,即使這些材料對你來說看起來很相似(例如,鋁鍋和鋼鍋可能看起來非常相似並且感覺都很光滑),它們的表面可能存在你無法看到的微觀差異,並且它們是由可能或多或少具有親水性的不同分子製成的。 你可能會更驚訝地發現,一些粗糙或吸水的表面(如地毯)也可以抓住泡泡。 地毯由許多單獨的細小纖維組成。 當泡泡落在地毯上時,它會同時接觸到許多這些細小纖維,因此它們可以支撐泡泡,而不會像單根纖維那樣將其弄破。
當你將表面弄溼時,尤其是用肥皂水弄溼時,應該會更容易抓住泡泡。 水在固體表面上形成一層薄膜,防止泡泡直接接觸固體。 這可以大大延長它的壽命。
清理
使用溼紙巾擦去任何表面上的肥皂殘留物。
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