肥皂小船
表面張力的變化如何影響對物體的施力?
View Video
核心概念
-
表面張力 -
力學
-
簡介
你有沒有過一大早醒來，走到外面的草地上，發現小草上沾附著小水珠?這些小水珠為什麼不會掉下來? 你有沒有看過一種叫做水黽的昆蟲，它可以輕鬆的在水面上滑行。就是因為表面張力的存在，造成了這些現象，它讓液體的表面變得更堅固了。當兩種不同的液體結合時，表面張力會發生什麼變化？我們將在接下來的實驗中尋找這個問題的答案。
-
背景
我們現在對於表面張力的了解，大部分是由科學家 Agnes Pockels 發現的，她是“表面科學”的早期先驅者。她在自家廚房的水槽中做了實驗，並做出了許多影響我們研究液體的重要觀察結果。表面張力不僅對許多工程的過程很重要，它對地球的健康也很重要，因為它讓氣泡得以形成，這有助於將有機物質分佈到海洋的每一層。今天我們來做一個實驗，幫助我們更容易理解肥皂和水如何改變表面張力。
材料
-
- 成年人助手
- 土司包裝封口夾或用小紙卡剪成類似的形狀
- 剪刀
- 大碗
- 水
- 液體清潔劑 (洗碗精最佳)
- 棉花棒或牙籤(選用)
-
實驗準備
- 將土司夾修剪成小船的形狀 - 確認船的後端位於土司夾的凹槽位置。您可能需要成年人幫助您完成此步驟。如果您沒有土司夾，請拿小紙卡剪出一個船的形狀（如五邊形），並在船的後端剪出一個凹槽。
- 將大碗裝滿水。
-
步驟
- 先預測一下: 如果您把洗碗精滴進船尾的凹槽，會發生什麼情形?
- 把小船放進水裡，盡量靠近碗的邊緣。
- 用手指、牙籤或棉花棒，沾一些洗碗精到船尾的凹槽中，看看會發生什麼現象!
-
觀察與結果
小船會在水中加速前進，這是因為液體會從低表面張力往高表面張力移動；這被稱為馬蘭戈尼效應(Marangoni effect)。清潔劑的表面張力比水低得多，因此它會從船後端的凹槽中被推出去。這種推動船往前進的力，就類似於火箭將燃料從油箱中推出，來推動自身向上發射的原理。
-
清潔與整理
實驗完成後不要忘記清理哦。將水倒入水槽中，把碗沖洗乾淨並收好。你可以把小船和棉花棒或牙籤丟棄。將其他材料放回原來的地方。 -
探索更多
在這個實驗中，我們使用了特殊形狀的小小船來進行。如果我們改變它的尺寸或形狀會怎麼樣呢？小船能承載一些負重嗎？你能試著加一些重量在上面，讓它仍然能夠移動嗎？能加多少重量？除了在船上加重以外，有沒有辦法把船變成拖船，讓它後面能夠拉東西，而且還能夠繼續前行？觀察看看這些變因中的各項，是如何影響小船的表現？
-
安全第一與成人監督
- 請小心按照實驗說明進行操作。
- 每個實驗應有負責監護的成年人協助。
- 儘管在家裡進行科學實驗是令人興奮的學習和實踐科學的方法，但必須注意，有些實驗可能要求參與者採取額外的安全措施，以及／或者會把地方弄得髒亂。
- 成年人應負責或協助處理可能有危險的材料或尖銳物品。
- 在進行實驗前，成年人應檢視實驗內容，並決定學童的年齡是否適合參與該項活動。
