核心概念
物理學
重力
分子
表面張力
引言
想象一下這個挑戰：你有兩杯水——一杯空的，一杯滿的。你想把滿杯水的一半倒入空杯中。問題是？你不允許拿起任何一個杯子！你能不能只用一張紙巾就讓水在杯子之間“走動”起來？試試這個活動來找出答案！
背景
你可能用過紙巾來清理溢位的水或其他液體。你有沒有想過它們是如何吸收這麼多水的？紙巾是由許多小纖維組成的，它們之間有縫隙。水透過毛細作用被吸入這些縫隙中——這與樹木從地下吸水的現象相同。這種作用部分是由表面張力驅動的，表面張力是由內聚力（水分子彼此吸引）引起的。表面張力使水形成水珠而不是擴散開來，也使得一些小昆蟲可以在水面上行走。它還允許水被吸入狹窄的管道或材料中的縫隙。吸收過程還受到粘附力（不同型別分子之間的吸引力）的輔助。紙巾纖維由纖維素製成，纖維素也是木材和許多植物的組成部分。這些纖維是極性的，這意味著它們的一端帶有輕微的正電荷，另一端帶有輕微的負電荷。水分子也是極性的。由於相反的電荷相互吸引，這導致水分子被吸引到纖維素纖維上。
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雖然你可能沒有親自嘗試過，但你可能聽說過另一種現象：虹吸。這個過程使用一根管子將液體從一個容器吸到另一個容器中，似乎某種程度上違背了重力。首先，液體被吸入管中，然後再向下移動到下一個容器中——即使沒有泵為運動提供動力。虹吸作用基於上面提到的一些相同的物理原理。（例如，水可以透過毛細作用被吸入管中。）
對於一個簡單的日常物品來說，這聽起來可能有很多科學原理。試試這個活動，看看你是否可以使用紙巾將水從一個杯子移到另一個杯子——並瞭解它背後的科學原理！
材料
奇數個透明玻璃杯或杯子（至少三個）
水
食用色素
勺子
半張紙巾（至少三張）
準備工作
將所有杯子排成一行。
從一端的杯子開始，每隔一個杯子裝滿水。
在每個裝滿水的杯子裡滴入幾滴食用色素。你可以選擇使用什麼顏色，但不要連續使用相同的顏色兩次。
用勺子攪拌每個杯子中的食用色素。在杯子之間用紙巾擦拭勺子，以免顏色轉移。
步驟
將每張半張紙巾（除了你用來清潔勺子的那張）摺疊成約一英寸寬的窄條。
將每張紙巾縱向對摺，形成“V”形。V 形應僅比你的杯子稍高。如有必要，撕下或剪下 V 形的每一端一點點，使其更短。
用一張紙巾連線每對相鄰的杯子。（將 V 形倒置，並將一端放入每個杯子中。）
仔細觀察紙巾在裝有水的杯子中的末端。你注意到了什麼？
休息一下！這個實驗進行得非常緩慢。15 或 20 分鐘後再回來。你現在看到了什麼？
在接下來的幾個小時裡繼續檢查你的設定。會發生什麼？
讓你的測試過夜，第二天再檢查。它現在看起來怎麼樣？
額外：嘗試使用不同品牌的紙巾進行活動。一些品牌是否比其他品牌更好或更快？
額外：嘗試將你的杯子排列成不同的形狀，而不是直線。例如，如果你將三個最初裝滿水的杯子連線到一個空的、中心的第四個杯子，會發生什麼？
額外：如果你用紙巾連線兩個最初裝滿不同高度水的杯子，會發生什麼？
觀察和結果
一旦你將紙巾放入杯子中，你應該會注意到它們開始吸收一些水。由於毛細作用（在背景部分中描述），水開始被吸到紙巾上，並最終開始向下流到另一側的空杯子中（就像虹吸管一樣）。然而，這個過程發生得非常緩慢——就像看著油漆變幹或草生長一樣！你可能需要去做其他事情幾個小時，才能開始看到水積聚在空杯子中。當所有杯子中的水位持平時，水最終會停止流動——但你可能需要讓它過夜才能發生這種情況。
當兩種不同顏色的水混合時，食用色素會結合形成第三種顏色。
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特別感謝羅切斯特大學的 Jessica Shang 在這個專案中的幫助。
此活動由 Science Buddies 合作推出
