核心概念
波浪
壓力
密度
引言
你有沒有注意到海鷗在海面上上下浮動？你可能還看到衝浪者抓住一個波浪，將他們帶到岸邊。也許你曾在湖面上漂浮，隨著波浪的經過而上下起伏。或者，你可能看到過被波浪衝上岸的漂流木等碎片。水波非常迷人——它們大小各異，從微小的漣漪到10米高的巨浪都有。你見過它們，但你知道是什麼驅動它們——以及它們如何在海洋中移動嗎？
在這個活動中，你將把海洋帶回家，並在瓶子裡製造波浪。你還將提高你的觀察技能，並找出為什麼有些波浪很慢，而另一些波浪很快。
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背景
風是造成海洋中大部分波浪的原因。它是這樣工作的：風導致水堆積在未受擾動的水面之上。波浪的波峰（或峰值）下的水會受到額外的水向下推。額外的重量然後將水從波峰下推出。移動的水會過度移動並在新的位置產生波峰，因此波浪會繼續前進。
海洋和海是空氣層（大氣層）下的水層。由於空氣的密度遠小於水（重量約為相同體積的水的千分之一），因此空氣似乎對波浪的影響很小。因此，為了瞭解波浪是如何運作的，你將在水面上新增一層油。想知道這與空氣有什麼關係，以及它如何影響水面上的波浪嗎？捲起你的袖子，試試這個令人興奮的科學活動吧！
材料
兩個相似、乾淨、透明的帶蓋瓶子（兩升的蘇打水瓶效果很好）
植物油，足夠裝滿一個瓶子的三分之二
水
食用色素（藍色是一個不錯的選擇）
毛巾
筆和紙
一個工作區和覆蓋材料（例如舊毛巾），以便輕鬆清理溢位的油和水
用於更方便地填充瓶子的漏斗（可選）
兩小塊蠟（從蠟燭上切下來的碎片效果很好。請成人幫助你安全地切割這些。）（可選）
準備
在你的工作區域鋪上一條毛巾（或其他可以弄髒的保護層）。
在兩個瓶子裡都裝入約三分之一的水。漏斗可以幫助你將水倒入瓶子。加入幾滴食用色素。
蓋上一個瓶子並將其放在一邊。
輕輕地將另一個瓶子裝滿植物油。同樣，漏斗可以防止溢位。
蓋上瓶子並將其放在一邊。
檢查兩個蓋子是否都擰緊。
小心地將準備好的瓶子移到你將進行觀察的區域。
讓瓶子側放，直到你準備好觀察。
在含有水和油的瓶子裡，你可以看到什麼？水是漂浮在油的上面，還是油在水的上面，或者兩種液體混合在一起？你認為哪一種密度更大，油還是水？
你認為只含著色水的瓶子裡的水上面是什麼？有什麼東西還是空空如也？
步驟
從只含有水的瓶子開始。水平握住這個瓶子，並抬起一端以產生波浪。一旦波浪開始，將你的瓶子放回水平位置並觀察波浪。
對含有油和水的瓶子重複此操作。你是否注意到產生的波浪有差異？一個瓶子裡的波浪是否比另一個瓶子移動得更快？它們更高嗎？
為了更容易進行比較，請計算波浪在瓶蓋或瓶底側反彈的次數。從只含有水的瓶子開始。水平握住瓶子，並抬起一側以產生波浪。將你的瓶子放回水平位置，並在波浪到達瓶子的另一側時進行計數。
每次波浪到達瓶蓋或瓶底側時，都新增一個數字。一直這樣做，直到波浪消失。
對另一個瓶子重複上一步。你注意到有什麼不同嗎？你需要對一個瓶子比另一個瓶子數得更慢嗎？這表明了什麼，為什麼會這樣？下面的額外活動可能會給你一個線索。
額外：開啟瓶子，在兩個瓶子裡都放一小塊蠟，然後再蓋上。因為蠟的密度大於油，但小於水，它會漂浮在水面上，但會沉在油裡。你可能需要等待一段時間，讓蠟沉入油中，直到它到達水面上。把蠟想象成一隻海鷗、一艘船或一個漂浮在水面上的衝浪者。像以前一樣製造一個波浪，但現在觀察蠟是如何移動的。它是來回移動，還是隨著波浪上下移動？你能解釋你的觀察結果嗎？
額外：如果你有一個秒錶，你可以測量波浪的週期。這是波浪經過所需的時間——從波峰到波谷再回到波峰。回顧你之前所做的觀察，你認為頂部有空氣的波浪和頂部有油的波浪的週期相同嗎？用你的秒錶來計時你的蠟物體從波峰頂部開始，下降到波谷，然後再回到波峰頂部所需的時間。這個測量的時間正好是波浪的週期。對於頂部有空氣的波浪和頂部有油的波浪來說，週期相同嗎？
額外：波浪的頻率是指一秒鐘內經過的波浪數。回顧你之前所做的觀察，你認為頂部有空氣的波浪和頂部有油的波浪的頻率相同嗎？你能找到一種方法來測量或計算你產生的波浪的頻率嗎？
[分隔符]
觀察和結果
你是否注意到頂部有油的水會產生出奇慢的波浪？
波浪移動是因為波峰中液體的額外重量將水從波峰下方推到水較淺的地方。這在兩個瓶子裡都會發生。
對於有水和空氣的瓶子，水和空氣都會推在較深的水層上。空氣的密度大約是水的千分之一，因此當波浪經過時，較深的水層主要承受波浪中堆積的所有水的重量。波峰和波谷（或最低點）之間的重量差是波浪的驅動力。在這種情況下，重量的巨大差異會導致快速移動的波浪。
同樣，對於有水和油的瓶子，水和油都會推在較深的水層上。就像空氣一樣，油的密度小於水（約為水密度的三分之二），因此，相同量的油比相同量的水輕。因此，當水堆積成波浪時，更多的水和更少的油會壓在波峰下方的某個點上。然而，在波浪最淺的點，更多的油和更少的水會壓在下面的水上。結果，在這種情況下，波峰下方某一點和波谷（或波浪的最低點）下方某一點的液體重量差要小得多，因此波浪的驅動力要小得多，儘管它仍然迫使水從波峰下方移動。此外，水和比空氣重的油都必須移動，因此液體的流動速度比輕空氣在水面上流動時要慢得多。你觀察到的是水面上移動速度慢得多的波浪。
在額外的活動中，你可能觀察到蠟主要是上下移動，而波浪是向前和向後移動的。這是因為在波浪中，是波浪下方的水水平移動；水面上的水是上下移動的。
清理
你可以將只含有色水的瓶子的內容物倒進下水道。但是不要將油倒進下水道！
將裝有水和油的瓶子直立放置，讓液體分離一段時間。選擇一個容器或瓶子（例如你用於裝色水的瓶子）來收集你的油。輕輕地將油層倒入乾淨的容器或瓶子中。如果有一些水也流出來了也沒關係，盡你所能轉移大部分油。（如果有漏斗，請使用。）你可以將剩餘的色水倒進下水道。你可以將密封好的油瓶扔進垃圾桶、堆肥，或在網上搜索一個地方來捐贈你用過的食用油。（用過的食用油可以轉化為生物柴油，這是一種無毒且可生物降解的燃料，可以為汽車和公共汽車提供動力，並且產生的空氣汙染物比石油基柴油少。）
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此活動由與科學夥伴合作推出
