關鍵概念
物理學
質量
體積
密度
工程學
引言
建造一艘能在平靜水面漂浮的船是一回事，但建造一艘能在暴風雨中的巨浪中倖存下來的船又如何呢？在這個活動中，你將為一個經典的活動帶來新的變化。你將建造鋁箔船來裝載硬幣作為貨物，但你不是在平靜的水中測試它們，而是要製造你自己的風暴，在波浪中測試它們！
背景
數千年來，人們一直使用船隻進行運輸。然而，船隻很容易受到暴風雨的襲擊，強風和巨浪會導致船隻傾覆或進水下沉。你如何使船隻更安全，更不容易在巨浪中下沉呢？
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要了解是什麼使船隻在靜水中漂浮或下沉，您首先需要了解一些關於質量、體積和密度（單位體積的質量）的知識。水中的物體會受到自身重量的下拉，以及水施加的浮力的上推。如果船的密度（使用船的總體積和質量以及船內的一切物體，包括空氣和貨物計算得出）大於水的密度，則船將下沉。如果密度小於水，則船將漂浮。這就是為什麼船可以由比水密度大的材料（如金屬）製成：船體內的空氣空間有助於船漂浮。但是增加過多的重量（無論是來自貨物還是水），它都會下沉。
波浪會使情況更加複雜。拍打到船舷上的波浪會開始向船內注水，增加船的密度，最終導致其下沉。因此，即使一艘船可以在完全靜止的水中裝載一定數量的貨物，但這並不意味著它可以安全地載著這些貨物穿越充滿波浪的海洋。而且這還不是唯一的挑戰。一個單獨的巨浪可能會導致船隻變得不穩定並傾覆。如果你稍微搖晃一下船，它應該會恢復到直立的位置。但是如果太用力地搖晃船，它可能會翻過來。
你的船能在暴風雨中倖存下來嗎？試試這個活動來找出答案！
材料
鋁箔
硬幣或其他小的、重的物體，用作砝碼，例如鵝卵石、螺母和螺栓等。
大型容器，如塑膠箱或大型食品儲物容器。您也可以使用水槽或浴缸。
水（足夠裝滿您的大容器）
重球（或其他您可以扔入水中以在船旁邊製造波浪的物體）
可以容忍少量灑水的場所（如浴室或室外）
用於清理的毛巾（可選）
準備工作
在您的容器中裝滿幾英寸的水，並確保它位於可以灑出一些水的位置。如有必要，請帶上毛巾進行清理。
步驟
嘗試將一塊鋁箔摺疊成船的形狀。沒有唯一的“正確”方法來造船。（如果你的第一艘船不起作用，你總是可以再造一艘。）你最終會向船中新增硬幣（或其他砝碼），因此選擇一種允許你的船隻攜帶這些“貨物”的設計。
將船放入水中（不帶任何砝碼），並確保它漂浮。如果你的船不漂浮，請嘗試修改它或更改設計。例如，確保鋁箔摺疊/卷邊緊密。如果存在裂縫或縫隙，水可能會滲入。
嘗試一次向船中新增一枚硬幣，直到它下沉。這艘船能裝多少枚硬幣？
取出硬幣，並倒空船內的水。
將空船放回水中。
現在嘗試從水面以上約一英尺的高度將球掉入水中，使其產生波浪。（確保將球掉到船的側面，而不是直接掉到船的頂部。）產生的波浪有多大？你的船會怎麼樣？
嘗試從越來越高的高度掉落球。波浪會變大嗎？你的船會繼續漂浮嗎？
重新開始，在你的船上新增一些硬幣，然後再次嘗試掉落球，從較低的高度開始。不斷增加球的高度，直到船下沉。
不斷重複這個過程——每次都新增更多的硬幣——直到你的船完全不再漂浮。硬幣的數量如何影響船隻承受波浪的能力？
額外內容：嘗試建造多艘形狀不同的船。有些設計是否比其他設計更好？
額外內容：與朋友一起進行此活動，並進行比賽，看看誰能建造最堅固的船。如果你一次測試所有船隻，會發生什麼——它們會互相碰撞嗎？這也是可能導致真船下沉的另一個原因！
額外內容：嘗試使用其他材料來建造你的船。例如，使用軟木塞、橡皮筋和木製工藝棒製作木筏。相同的材料和設計是否能承受最大的重量並在最大的波浪中保持漂浮？
觀察和結果
您可能已經發現，在這個活動中，您的船隻可以透過兩種不同的方式下沉。一個單獨的、非常大的波浪可能會導致船隻傾覆。您可能必須從非常高的地方掉落球才能導致這種情況發生（如果它真的發生了）。然而，即使是較小的波浪，透過從較低的高度掉落球產生，也可能導致船隻下沉。它們可能會越過船舷，逐漸向船內注水（並在它們取代船內空氣時增加船的密度），最終導致其密度過大。僅僅因為你的船隻可以在靜水中裝載一定數量的硬幣，並不意味著它可以在波浪中裝載相同數量的硬幣。一艘裝載過多的硬幣——並且已經非常低地漂浮在水中的船——更容易像這樣下沉。隨著您增加硬幣的數量，您可能會發現您的船隻承受波浪的能力越來越差。對於真船來說也是如此，這就是為什麼它們對可以安全載運的人員或貨物數量有限制——無論海面平靜還是波濤洶湧！
清理
使用毛巾清理任何灑出的水。您可以回收您的鋁箔船。
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本活動由科學夥伴合作推出
