核心概念
物理學
力
表面張力
密度
浮力
引言
你見過“水黽”（也稱為水蟲、池塘滑冰者、水上漂等）嗎？它們是在池塘、湖泊和河流表面毫不費力地跳躍的昆蟲。它們是如何做到不沉沒的呢？試試這個專案來找出答案！
背景
如果你匆匆一瞥水黽，起初你可能會認為它像船一樣漂浮在水中。然而，如果你仔細觀察，你會看到它坐在水面上，實際上並沒有穿透水面。這怎麼可能呢？這取決於一種叫做表面張力的力，當水黽的腿接觸水面時，這種力會作用於它的腿。表面張力是水錶面的一種拉力，因為水分子之間略微相互吸引。這種特性是許多有趣現象的原因，例如氣泡是如何形成的，水是如何形成水滴的，以及植物如何從地下吸水的。（請參閱“更多探索”部分，瞭解其他有趣的表面張力專案。）在這種情況下，表面張力在水面上形成一層薄膜或表皮，對於非常小、輕的物體來說，很難穿透這層膜。
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每個物體都會受到自身重量的向下拉力。如果表面張力的向上拉力足以抵消重量，那麼坐在水面上的物體就可以保持在水面之上。（你可能會問，“等等，表面張力怎麼能向上拉東西呢？”或者“水不是應該向上推水黽以支撐其重量嗎？”嘗試這個活動，然後閱讀“觀察和結果”部分來找出答案。）完全或部分浸沒在水中的物體，例如船，會被浮力向上推，浮力等於它們排開的水的重量。如果浮力大於物體的重量，它就會漂浮。通常，密度大於水的材料（單位體積質量更大），例如金屬，會下沉。然而，金屬船可以漂浮，因為它們的船體形狀使其排開大量的水（也就是說，船內有大量的空氣空間）。在這個專案中，你將用金屬絲製作一個水黽模型，並看到你可以使用表面張力而不是浮力來使金屬漂浮。
材料
細金屬絲（你可以購買“漆包線”，或者在獲得許可的情況下，剪開舊電纜，例如手機充電器。）
剝線鉗或剪刀（僅當您要剪開舊電纜時才需要）
淺盤或碗
水
成人助手（如果剪開舊電纜）
準備工作
如果您要剪開舊電纜，請讓成人助手使用剝線鉗剝去絕緣層。電纜內部可能有多根較小的電線，這些電線也可能有絕緣層。將電線拉開並剝去任何絕緣層，直到露出裸金屬。如果您沒有剝線鉗，您可以請成人小心地使用剪刀或鋒利的刀刮掉絕緣層，但要小心不要切斷整根電線。
在淺盤或碗中裝滿水。
步驟
剪下三段金屬絲，每段長約 8 到 10 釐米。
僅在中間將金屬絲緊緊地擰在一起，形成蟲子的“身體”。金屬絲未擰的部分應形成蟲子的六條“腿”，每側三條。展開腿以均勻分佈水黽的重量。
將水黽的每條腿彎曲成細長的淺“U”形。當您將水黽放在平坦、堅實的表面上時，它應該均勻地落在所有六條腿上（也就是說，沒有腿應該翹在空中），身體離開地面。如有必要，調整腿。
輕輕地將您的水黽放入裝有水的托盤或碗中。發生了什麼？
如果您的水黽下沉，請嘗試調整其腿。記住要確保它們是均勻的，以便所有六條腿都接觸到水，並且蟲子的重量均勻分佈。如果一條腿先入水，那麼蟲子的所有重量都會壓在那條腿上，它可能會下沉。如果仍然不漂浮，請嘗試調整腿的形狀。您希望儘可能多的金屬絲接觸到水，因此請確保每條腿都有一個細長的、非常平緩的曲線，而不是任何急彎。
一旦您的金屬絲蟲子漂浮起來，請仔細觀察腿部接觸水面的位置。你看到了什麼？
嘗試搖晃碗或托盤以製造波浪——或者在您的水黽上灑一些水來模擬下雨。發生了什麼？
額外嘗試：嘗試用不同的材料製作水黽，例如更粗的金屬絲甚至回形針。它還能工作嗎？
額外嘗試：嘗試在您的水黽上新增小重量（例如小塊膠帶或紙）。在它下沉之前，您可以新增多少重量？
觀察和結果
您可能一開始很難讓您的水黽漂浮起來。重要的是將重量均勻分佈在所有六條腿上，並且您應該讓儘可能長的金屬絲接觸到水面。這使得最大的表面張力能夠支撐蟲子的重量。如果只有一條腿先接觸到水，或者只有每條腿的一小部分接觸到水，那麼蟲子的所有重量都會集中在少量的金屬絲上，它就會穿透水面。
一旦您的蟲子穿透水面，它就會迅速下沉，因為金屬的密度大於水。波浪和雨滴很容易破壞表面張力，導致您的蟲子下沉。當真實的水體很少完全靜止和平坦時，真正的水黽是如何保持漂浮的呢？它們的身體覆蓋著微小的毛髮，可以捕獲氣泡，使它們在浸沒後能夠迅速彈回水面。
如果您仔細觀察您的蟲子的腿接觸水面的位置，您應該觀察到它們在水面上形成了小凹痕。這就是使表面張力能夠向上拉腿的原因。想象一下，一群人抓住床單的邊緣並拉緊它。床單是平坦且水平的，所以起初很難想象它如何能向上拉起東西。現在想象一下將一個球扔到床單的中間。床單會稍微下垂，但拉緊床單的人（產生表面張力）會阻止球進一步沉入床單中。表面張力以類似的方式作用於水黽的腿。
最後，如果您嘗試使用更粗的金屬絲或回形針製作水黽，它可能會變得更加困難——甚至不可能！發生這種情況是因為表面張力對非常小、輕便的物體具有相對較強的影響。這就是為什麼水黽如此之小，以及為什麼你不能在水面上行走。即使你嘗試伸開你的手臂和腿，你仍然會穿透水面。
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本活動由Science Buddies合作推出
