核心概念
物理學
力
分子
表面張力
簡介
你有沒有想過雨天窗戶上水滴是如何形成的，為什麼有些昆蟲可以在水面上行走，或者為什麼你要用肥皂洗手？所有這些都與一種叫做表面張力的現象有關。在這個活動中，你將學習如何利用表面張力讓從一張紙上剪下來的魚看起來像自己游泳一樣！
背景
無論是在雨天乘坐汽車還是在廚房櫃檯上灑水，你可能都見過水滴形成。是什麼把這些水滴聚集在一起——有時形成近乎球形的形狀？為什麼它們不均勻散開或分解成更小的水滴？它們被一種叫做表面張力的東西聚集在一起。水分子之間略有吸引力；在水滴的表面，它們與其他周圍分子的吸引力比與上方的空氣更大。這形成了一層難以穿透的強吸水分子“皮膚”。
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有時，高表面張力可能是有益的——例如對於在水面上行走的昆蟲。其他時候，我們希望降低水的表面張力——例如，當我們洗衣服或洗碗時。這是因為在汙垢或衣物織物之間有很多小孔，而高表面張力會使水難以滲入這些孔中。新增肥皂或洗滌劑會降低水的表面張力，使其更容易滲入所有這些小角落和縫隙。你認為你能利用表面張力的這種變化，使物體掠過水麵嗎？試試這個專案來找出答案！
材料
淺托盤
自來水
一張紙
剪刀
藥滴管
肥皂
可以容忍肥皂水溢位的工作區
準備工作
從你的紙上剪出一個小的“魚”形。確保魚的尾部有一個 V 形缺口。
在你的淺托盤中倒入部分水，然後將其帶到你的工作區。
步驟
小心地將紙魚放在托盤一端的水面上，尾部朝外，頭部朝向托盤內。確保魚漂浮，並且不要將其推入水下。
使用藥滴管小心地在魚尾部的 V 形缺口中的水上滴一滴肥皂。會發生什麼？
清空、沖洗並擦乾托盤；剪出一條新的紙魚，然後再試一次。你會得到相同的結果嗎？
嘗試用清水重複使用一條紙魚，用新的紙魚重複使用一托盤水，或者兩者都重複使用。你能讓它第二次工作嗎？為什麼能或為什麼不能？
額外：嘗試剪下並測試一些不同的形狀。這些形狀必須像魚一樣“流線型”嗎？如果形狀是對稱的，例如圓形，或者像正方形一樣呈塊狀呢？
額外：嘗試使用廚房裡的其他液體（如植物油或果汁）進行此活動。有沒有任何液體具有與肥皂相同的效果？有沒有任何液體不起作用？你認為這是為什麼？
觀察和結果
當你將紙魚放在水面上並使其漂浮時，水的表面張力會從各個方向拉扯它。因為它完全被水包圍，所以表面張力會均勻地向各個方向拉扯它，並且它不會移動。當你向魚的一側滴一滴肥皂時，那一側的表面張力會突然降低，因此魚在那個方向上受到的拉力不如其他方向那麼大，並且它會向另一個方向移動。這是牛頓第一運動定律的一個很好的例子！魚最初處於靜止狀態，並且作用在其上的力是平衡的，因此它保持靜止。當你新增肥皂時，作用在其上的力變得不平衡，因此它會加速。
你可能會發現很難重複使用紙魚或一托盤水。一旦魚和/或水被一些肥皂“汙染”，肥皂就會擴散，並且表面張力會處處降低，而不是僅在魚的一側，因此你將無法再使其移動。但是，你可能會發現這種效果在許多其他形狀上都有效——甚至包括正方形！你可能還會觀察到其他液體（例如油，其表面張力低於水）與肥皂的效果一樣好，但果汁（主要成分是水）等液體則無效。
清理
清理任何溢位的液體。
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