核心概念
物理學
力
重量
浮力
重力
質心
介紹
是時候揚帆起航了！即使你不住在湖泊或海洋附近，你也可以透過製作自己的玩具帆船來參與這項科學活動中的航行。但首先你必須確保你的船不會傾覆！你準備好迎接挑戰了嗎？
背景
你還記得在浴缸裡玩玩具船嗎——或者你曾經坐過真船嗎？船之所以能漂浮是因為浮力。當它們被自身重量（由重力引起）的力向下拉時，它們也會被浮力向上推，浮力等於它們排開的水的體積的重量。（你可以在“更多探索”部分找到關於浮力的更詳細解釋。）有些船是用密度小於水的材料製成的，這意味著它們單位體積的質量較小。這些材料總是會漂浮。然而，另一些船是用金屬（如鋼鐵）製成的，這些金屬比水密度大得多。那麼它們是如何漂浮的呢？它們可以漂浮是因為它們是空心的，所以船體內部有很多空的空氣空間。船的平均密度（包括金屬和空氣）低於水的密度。
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船不僅需要漂浮——它們還需要保持直立，避免傾覆或翻倒。為了做到這一點，它們需要一個低的質心，這意味著它們的重量集中在船的底部，而不是頂部。這對於帆船來說似乎會是一個問題，因為帆船有非常高的桅杆，高高地伸入空中。在如此多的質量集中在高處的情況下，它們是如何保持平衡的呢？它們是透過船底的另一個部件——龍骨來實現的。（如果你只從水面上看過帆船，你甚至可能不知道龍骨的存在！）龍骨是船底的一個大部件，形狀像鰭，有兩個作用。它容納壓艙物或重物，有助於降低船的質心。它還有助於防止船被風吹向側面。在這個專案中，你將看到龍骨如何幫助帆船防止傾覆並幫助它直線行駛。
材料
三個葡萄酒瓶塞
兩條橡皮筋
牙籤
幾個螺釘或釘子
防水材料，例如工藝泡沫、蠟紙或紙牛奶盒，用於製作船帆
鋁箔
水槽、浴缸或你可以裝滿水的大容器（容器應比你的釘子/螺釘的長度更深。）
準備工作
將你的容器裝滿水。確保水足夠深，以便你可以垂直淹沒你最長的釘子/螺釘。
步驟
將三個瓶塞排成一排（並排，而不是首尾相連）。
使用兩條橡皮筋將瓶塞固定在一起，形成一個“筏子”。
將牙籤插入中間的瓶塞，使其筆直向上。這是你船的桅杆（固定船帆的部分）。
裁剪一塊正方形的薄防水材料來製作船帆。它應該大約為六釐米見方。
將牙籤穿過船帆的相對兩端（靠近邊緣），以將其固定到位。
你已經制作了你的第一艘帆船！把它放在水裡。發生了什麼？
從後面吹船帆。發生了什麼？
現在，透過移除橡皮筋和兩個外側的瓶塞，製作一艘更窄的船。保持船帆在原位。根據你最初連線船帆的方式，你可能需要將其旋轉 90 度。
將你的新帆船放回水中。發生了什麼？
糟糕！你的帆船可能翻了！那不好。為了解決這個問題，嘗試新增龍骨。小心地將釘子或螺釘插入船的底部，直接與船帆相對。
嘗試將船放回水中。這次它能保持直立嗎？
如果你的船不能保持直立，繼續新增釘子或螺釘（與第一個釘子或螺釘成一條直線），直到它可以在不傾覆的情況下漂浮。
現在再次嘗試吹船帆。發生了什麼？你的船直線行駛嗎？
現在，你的龍骨是由一個或多個釘子/螺釘製成的，但它們彼此沒有連線。剪下一塊長方形的鋁箔，緊緊地包裹在釘子/螺釘周圍，使其形成鰭狀。
將你的船放回水中，再次嘗試吹船帆。這次發生了什麼？它直線行駛嗎？
額外內容：嘗試製作更大的船帆，並使用木製烤串的一部分代替牙籤作為桅杆。你的壓艙物需要多重才能平衡帶有更大船帆的船？提示：嘗試將水平的釘子/螺釘連線到龍骨底部以充當壓艙物。這樣你就無需一直將更多的釘子/螺釘插入瓶塞中。
觀察和結果
你的第一艘帆船可能非常穩定，因為它非常寬（由三個瓶塞製成）。然而，當你移除兩個瓶塞使其變窄時，你的帆船可能變得不穩定並傾覆。這類似於雙腳緊緊併攏而不是稍微分開站立——更難保持平衡。當你在帆船底部新增釘子/螺釘時，你降低了它的質心並使其更穩定。然而，單獨的垂直釘子在抵抗水方面做得不好——水可以從它們周圍流過。這意味著龍骨在使船直線行駛方面做得不好。如果你吹船帆，你的船可能會偏向一側或原地打轉。當你用鋁箔包裹釘子時，你使龍骨更像鰭。它可以很容易地在一個方向上切入水中，但在另一個方向上對水產生很大的阻力。這使得你的船更容易向前移動，更難橫向移動。這就是為什麼真正的帆船可以又長又窄並且有高高的船帆——龍骨防止它們傾覆並幫助它們直線行駛！
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