核心概念
物理
能量
液體
分子
表面張力
引言
你有沒有想過為什麼水黽蟲可以在水上行走？你相信這和肥皂可以清潔你的餐具的原因相同嗎？事實上，如果你仔細觀察周圍，你可以找到許多有趣的現象，這些現象都依賴於水的表面張力。在這個科學活動中，你將製作一個小筏，它實際上是由表面張力驅動的——並使用你的筏來研究表面張力的工作原理！
背景
如果你吹過不同型別的氣球，你會知道吹起一個由薄、軟、有彈性的橡膠製成的氣球是相當容易的。那是因為氣球在被吹脹時幾乎沒有阻力。但是對於一個由較厚或較硬的橡膠製成的氣球，需要更多的能量才能將其膨脹。氣球更難拉伸，可以作為表面張力的模型。“氣球材料”的彈性程度決定了你的呼吸需要克服多少阻力（或者在這種情況下，表面張力）才能將其膨脹。表面張力被定義為將表面積增加一定量所需的能量。
液體也有表面張力。液體的分子（微小的粒子）不斷地以微小的電荷相互推拉。當一個水分子被其他水分子包圍時，拉力與推力平衡，因此它不會在一個方向上比其他任何方向受到更大的拉力。但是在表面，空氣和水相遇的地方，情況並非如此；那裡的水分子更多地被向下拉，朝向其他水分子，而不是向上，朝向空氣。這導致了水的表面張力。
材料
剪刀
一小塊平坦的泡沫塑膠，至少大約三英寸乘三英寸（例如，這可以是外賣容器的一部分或包裝片。）
美工刀或精密切割刀和一個成年人協助使用
廚房海綿（使用新的海綿，或用水徹底沖洗海綿，以確保其中沒有任何肥皂。）
牙籤
大盆、水槽或浴缸
液體洗潔精或液體洗衣液
水
滴管（可選）
尺子（可選）
準備工作
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在成年人的幫助下，將泡沫塑膠切割成小的矩形形狀，例如大約三英寸乘兩英寸或四英寸乘三英寸。這將是你的筏。如果你願意，你可以把它做成不同的形狀，只要它是對稱的，不長於大約六英寸，並且在一側有一個至少兩英寸長的平坦區域。
在筏的短端之一（或至少兩英寸長的平坦區域），在距離筏端大約半英寸的地方，用美工刀小心地切出一個大約一英寸乘一英寸的正方形。將正方形沿該端居中。這將是筏的背面。
再次，在成年人的幫助下，切下一小塊廚房海綿，大約一英寸乘一英寸。這塊海綿應該適合你從筏上切出的正方形中，所以如果需要，調整海綿的大小。你認為海綿將如何為你的筏提供動力？
將牙籤水平穿過海綿片。牙籤將靠在泡沫塑膠筏上，而海綿將位於筏的正方形孔中。將牙籤靠近海綿的頂部，以便當您將其放入泡沫塑膠孔中時，海綿片的底部至少與泡沫塑膠筏的底部一樣低。你認為海綿會接觸到水很重要嗎？
現在，在成年人的幫助下，切掉正方形和筏端之間剩餘的小條泡沫塑膠，但使切口不如海綿片寬。例如，如果你的海綿片每邊都是一英寸，則只應切掉約二分之一英寸或四分之三英寸的泡沫塑膠條。（這是因為當你把筏子放入水中時，你希望海綿片後面有一些開闊的水域，但泡沫塑膠條的一部分需要仍然在那裡以防止海綿漂走。）你的筏現在可以航行了！
步驟
用清水裝滿一個大盆、水槽或浴缸。確保有足夠的空間讓你的筏子移動。
一旦水沉澱下來，將筏子放到水面上，讓它漂浮。確保海綿片留在筏的正方形切口中。
一旦筏子不再移動，小心地在海綿片上滴一到兩滴液體洗潔精或洗衣液。確保沒有任何洗滌劑意外地滴入水中。如果需要，你可以使用滴管更好地瞄準滴落。當洗滌劑放在海綿上時，筏子會發生什麼？它是如何移動的？
如果你想再次觀察運動，清空盆，沖洗筏子（特別是海綿），以去除其中所有的洗滌劑，然後重新裝滿盆。像以前一樣再次測試筏子。
知道洗滌劑會降低水的表面張力，你能否利用這個事實來解釋為什麼筏子會這樣移動？
額外：你可以重複這項活動，但測試除洗滌劑以外的其他物質，看看它們是否會影響表面張力。例如，你可以嘗試不同的肥皂、牙膏、植物油、食鹽等。其他物質是否以與液體洗潔精相同的方式影響表面張力以及筏子的運動？
額外：你可以嘗試改變筏子的大小或形狀並重復實驗。使用不同形狀或更重或更輕的筏子如何影響它利用表面張力行進？
額外：想想如何改變你的筏子的設計以改進它。你能改變它的設計，使其更快或更直地前進嗎？
[中斷]
觀察和結果
筏子是否向前移動，遠離放置海綿片的一端？
你應該看到，當你在筏的海綿片上新增一兩滴洗滌劑時，筏子應該會迅速遠離新增洗滌劑的一側，從而推動它在水中前進。
當洗滌劑加入水中時，它會降低水的表面張力。降低水的表面張力的化合物被稱為表面活性劑，其作用是將水分子彼此分離。在這個活動中，表面活性劑新增區域的表面張力降低，筏子前面的較高表面張力將筏子向前拉。隨著洗滌劑在水中擴散，它會降低整個水的表面張力，並且筏子最終停止移動，因為表面張力不再有差異。你認為洗潔精等表面活性劑如何幫助清潔髒盤子？
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此活動由科學夥伴合作提供