核心概念
物理學
粘附力
範德華力
潤溼
引言
你可能聽說過阿波羅 13號登月任務，或者看過一部關於宇航員在飛往月球的旅途中飛船發生爆炸後驚險逃生的電影。你可能不知道的是，膠帶幫助挽救了宇航員的生命！在主飛船因爆炸而失效後，美國宇航局必須想辦法讓三名宇航員在一個只能容納兩人的小型登月艙中生存下來。他們指示宇航員使用紙板、塑膠袋、宇航服部件以及——你猜對了——膠帶，來製造救生空氣過濾器！在這個活動中，我們將探索膠帶的工作原理，以及是什麼會讓它失效。
背景知識
像 Elmer’s 和強力膠這樣的家用膠水在塗抹時是液體，然後在硬化時會發生化學變化，從而將物體粘在一起。而膠帶的工作原理完全不同——沒有化學反應。膠帶（以及大多數其他強力家用膠帶）的粘性在很大程度上是兩種物理特性的結果，即潤溼和範德華力。
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潤溼是一個詞，我們用它來描述粘合劑如何有效地滲透（或沉入）到所應用的材料中。想象一下，紙巾上的一滴水和蠟紙上的一滴水。滴在紙巾上的水會滲入並滲透它。滴在蠟紙上的水會在其表面形成水滴，但不會滲透。擅長潤溼的材料可以像水滲入紙巾一樣滲入所應用材料的孔隙中。你膠帶上的粘合劑很擅長潤溼。例如，當你將一塊膠帶按在紙上時，你會幫助膠帶粘性一側的分子滲透到紙張表面。
一旦粘合劑分子滲透到紙張（或其他表面）的表面，範德華力就會發揮作用。這些是分子之間通常可能不會相互吸引的弱吸引力。由於這些分子在膠帶中的精心排列，膠帶分子能夠與紙分子形成物理鍵。膠帶分子也會粘附在一起（彼此粘連）——因此，膠帶可以保持在一起並粘附在各種表面上。
材料
一卷膠帶（至少 5 英尺長）
半杯水
冰箱
玻璃盤
小烤盤或盤子（至少 12 英寸寬）
大約 1 英尺長的蠟紙
紙
尺子或捲尺
剪刀
小號三明治袋
兩個大號回形針
大約 15 個 5 美分硬幣（你可以用其他硬幣代替，例如 10 美分或 25 美分硬幣，只要你有 10 個即可。）
計時器或時鐘
筆或鉛筆
勺子
夥伴
準備工作
剪下一塊 12 英寸長的膠帶。小心地將這塊膠帶粘性面朝上放在你的托盤或盤子上。
將此托盤放入冰箱，並將計時器設定為 25 分鐘（或在時鐘上記下時間）。
使用回形針小心地在三明治袋的頂角處戳一個孔。使你的孔距離袋子的邊緣至少一英寸。將回形針穿過孔（你可能需要稍微彎曲一下），使袋子懸掛在回形針上。
在你的紙上，製作一個四列五行的表格。在頂行，為列寫上標籤：第一個框中是“膠帶處理/條件”；第二個框中是“5 美分硬幣的數量”；第三個框中是“懸掛膠帶的長度”；第四個框中是“膠帶的粘性”。在“膠帶處理/條件”列中，在下面的框 [行？] 中寫入“玻璃盤”，在下一個框 [行？] 中寫入“蠟紙”，在下面的框 [行？] 中寫入“溼”，在最後一個框 [行？] 中寫入“冷凍”。你將在進行活動時填寫剩餘的框。
用你的剪刀剪下一條 12 英寸長的膠帶。
輕輕地將這條膠帶的一端粘在你允許使用膠帶的檯面或其他堅固物體上。讓它自由懸掛，不要接觸任何東西。這是你的膠帶對照——你將用它來比較你將在本次活動中使用的其他膠帶的粘性。
步驟
用你的剪刀剪下另一條 12 英寸長的膠帶。
將膠帶的六英寸粘在玻璃盤的底部。用你的手用力按壓它。讓另外六英寸懸掛在盤子下方（像尾巴一樣！）。
讓你的夥伴拿著盤子，使膠帶可以自由懸掛。
用你的剪刀或額外的回形針在膠帶懸掛端的膠帶上（大約距離末端一英寸）戳一個小孔。
將連線到袋子的回形針插入孔中，使回形針和袋子都懸掛在膠帶的末端。
當你的夥伴穩住玻璃盤時，慢慢地向袋子中新增 5 美分硬幣，在新增每個硬幣後暫停觀察任何變化。當你新增 5 美分硬幣時，膠帶會發生什麼？你看到任何變化嗎？
如果膠帶在你用完硬幣之前就從玻璃盤上脫落，請在表格中“玻璃盤”行的第一列記錄膠帶保持的硬幣數量。如果你能夠將所有 15 個 5 美分硬幣放入袋子並且膠帶保持住，則記錄數字 15。
用尺子測量從盤子上懸掛下來的膠帶。在表格中控制行的“膠帶長度”列中記下膠帶的長度。注意膠帶的長度自開始以來是否發生了變化。硬幣的重量是否拉開了更多的膠帶，使尾部變長了？
輕輕地將膠帶從玻璃盤上拉下來。當你拉膠帶時，感受一下粘性面。將其與膠帶懸掛的一半（從未接觸過盤子）進行比較。其中一半感覺比另一半更粘還是更不粘？它看起來不同嗎？
將用過的膠帶的粘性與從桌子上懸掛的膠帶進行比較。它感覺更粘還是更不粘？
使用 1 到 10 的等級來評價用過的膠帶的粘性。將你的對照膠帶作為比較。如果它的粘性為 10，那麼用過的膠帶的粘性是多少？
處理你用過的膠帶。
用你的剪刀剪下另一條 12 英寸長的膠帶。
重複上述步驟，但這次將膠帶粘在你的蠟紙上。當你的夥伴拿著蠟紙時，讓他們用書或你的玻璃盤支撐它，使其不會因硬幣的重量而下垂。
如果膠帶在你拉它時沒有從蠟紙上脫落，請在“膠帶的粘性”列中寫入“無法移除”。
在你在蠟紙行的每一列中記錄結果後，你可以處理你用過的膠帶。
用你的剪刀剪下另一條 12 英寸長的膠帶。
在貼上膠帶之前，小心地將其粘性面朝上放在櫃檯或桌面上。將你的尺子放在膠帶旁邊。
用你的勺子將幾勺水滴在膠帶一半的長度上。確保膠帶的一半完全溼潤。
重複測試步驟，將膠帶的溼的一半貼上到你的玻璃盤上。如果膠帶沒有粘住，請在“硬幣數量”列中寫入“0”，並在“膠帶長度”列中寫入“沒有粘住”。
將膠帶溼的一半的粘性與對照膠帶進行比較。在“溼”行的“膠帶粘性”列中，使用 1 到 10 的等級來評價溼膠帶的粘性。溼膠帶感覺不同嗎？在哪方面？它看起來不同嗎？你如何解釋你觀察到的差異？
在你在溼行的每一列中記錄結果後，處理你用過的膠帶。
從冰箱中取出帶有膠帶的盤子（至少在冰箱中放置 25 分鐘後）
重複測試步驟，將冷凍的膠帶貼上到玻璃盤上。如果膠帶沒有粘住，請在“硬幣數量”列中寫入“0”，並在“膠帶長度”列中寫入“沒有粘住”。
檢視你的表格。在哪種條件下膠帶能夠保持最高的硬幣數量？最低的？哪種條件下的膠帶粘性等級最高？哪種條件下的膠帶粘性等級最低？
額外：重複此活動，將膠帶貼上到不粘鍋上。請務必先徵得同意！在你的表格中新增一行來記錄結果。
額外：測試其他型別的膠帶。有些膠帶對水或溫度是否比其他膠帶更敏感？有些膠帶的粘性是否比其他膠帶更好？
觀察和結果
在本次活動中，你應該發現膠帶的粘性取決於兩個一般因素：膠帶的條件以及你貼上它的表面。雖然膠帶可能牢固地粘在玻璃盤上，但當膠帶是溼的或冷凍的時，與你的對照膠帶相比，它的粘性明顯降低。此外，當你將膠帶粘在蠟紙上時，它的粘性可能不如粘在玻璃盤上好。
因此，讓我們從膠帶本身的條件開始：為什麼膠帶在溼潤時不起作用？當膠帶中的粘合劑分子變溼時，膠帶就會失去粘性。當這種情況發生時，水會充當潤溼的屏障（因此粘合劑分子無法沉入玻璃盤），並阻止膠帶和盤子之間形成物理鍵——水就像它們之間的牆一樣，它們無法連線在一起！
冷凍膠帶也會降低其粘合潤溼能力。同樣，想象一下幾滴液態水滴在紙巾上，這次與滴在紙巾上的冰塊進行比較。液態水會比冰塊更快更有效地滲透到紙巾中。同樣，當冷凍時，膠帶中的粘合劑分子無法很好地滲透到其他表面，因此膠帶無法牢固地“抓住”你想要貼上的東西。
對於蠟紙來說，膠帶的粘性不如在玻璃烤盤上好，但這次是因為蠟紙的緣故。想想看，紙巾上的水滴和蠟紙上的水滴有什麼不同。就像水滴無法滲透蠟紙一樣，膠帶也無法粘住！蠟紙可以阻止大多數材料潤溼，這使得它非常適合排斥水、食物，以及在這種情況下排斥膠帶。
清理
扔掉任何不能重複使用的廢棄材料。您可以使用橄欖油或浸過橄欖油的紙巾清除膠帶留下的任何殘留物。讓油浸透殘留物至少15分鐘，然後用海綿擦掉。
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此活動由科學夥伴（Science Buddies）合作提供
