核心概念
物理学
力
分子
表面张力
简介
你有没有想过雨天窗户上水滴是如何形成的，为什么有些昆虫可以在水面上行走，或者为什么你要用肥皂洗手？所有这些都与一种叫做表面张力的现象有关。在这个活动中，你将学习如何利用表面张力让从一张纸上剪下来的鱼看起来像自己游泳一样！
背景
无论是在雨天乘坐汽车还是在厨房柜台上洒水，你可能都见过水滴形成。是什么把这些水滴聚集在一起——有时形成近乎球形的形状？为什么它们不均匀散开或分解成更小的水滴？它们被一种叫做表面张力的东西聚集在一起。水分子之间略有吸引力；在水滴的表面，它们与其他周围分子的吸引力比与上方的空气更大。这形成了一层难以穿透的强吸水分子“皮肤”。
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有时，高表面张力可能是有益的——例如对于在水面上行走的昆虫。其他时候，我们希望降低水的表面张力——例如，当我们洗衣服或洗碗时。这是因为在污垢或衣物织物之间有很多小孔，而高表面张力会使水难以渗入这些孔中。添加肥皂或洗涤剂会降低水的表面张力，使其更容易渗入所有这些小角落和缝隙。你认为你能利用表面张力的这种变化，使物体掠过水面吗？试试这个项目来找出答案！
材料
浅托盘
自来水
一张纸
剪刀
药滴管
肥皂
可以容忍肥皂水溢出的工作区
准备工作
从你的纸上剪出一个小的“鱼”形。确保鱼的尾部有一个 V 形缺口。
在你的浅托盘中倒入部分水，然后将其带到你的工作区。
步骤
小心地将纸鱼放在托盘一端的水面上，尾部朝外，头部朝向托盘内。确保鱼漂浮，并且不要将其推入水下。
使用药滴管小心地在鱼尾部的 V 形缺口中的水上滴一滴肥皂。会发生什么？
清空、冲洗并擦干托盘；剪出一条新的纸鱼，然后再试一次。你会得到相同的结果吗？
尝试用清水重复使用一条纸鱼，用新的纸鱼重复使用一托盘水，或者两者都重复使用。你能让它第二次工作吗？为什么能或为什么不能？
额外：尝试剪下并测试一些不同的形状。这些形状必须像鱼一样“流线型”吗？如果形状是对称的，例如圆形，或者像正方形一样呈块状呢？
额外：尝试使用厨房里的其他液体（如植物油或果汁）进行此活动。有没有任何液体具有与肥皂相同的效果？有没有任何液体不起作用？你认为这是为什么？
观察和结果
当你将纸鱼放在水面上并使其漂浮时，水的表面张力会从各个方向拉扯它。因为它完全被水包围，所以表面张力会均匀地向各个方向拉扯它，并且它不会移动。当你向鱼的一侧滴一滴肥皂时，那一侧的表面张力会突然降低，因此鱼在那个方向上受到的拉力不如其他方向那么大，并且它会向另一个方向移动。这是牛顿第一运动定律的一个很好的例子！鱼最初处于静止状态，并且作用在其上的力是平衡的，因此它保持静止。当你添加肥皂时，作用在其上的力变得不平衡，因此它会加速。
你可能会发现很难重复使用纸鱼或一托盘水。一旦鱼和/或水被一些肥皂“污染”，肥皂就会扩散，并且表面张力会处处降低，而不是仅在鱼的一侧，因此你将无法再使其移动。但是，你可能会发现这种效果在许多其他形状上都有效——甚至包括正方形！你可能还会观察到其他液体（例如油，其表面张力低于水）与肥皂的效果一样好，但果汁（主要成分是水）等液体则无效。
清理
清理任何溢出的液体。
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