核心概念
物理学
力
表面张力
密度
浮力
引言
你见过“水黾”（也称为水虫、池塘滑冰者、水上漂等）吗？它们是在池塘、湖泊和河流表面毫不费力地跳跃的昆虫。它们是如何做到不沉没的呢？试试这个项目来找出答案！
背景
如果你匆匆一瞥水黾，起初你可能会认为它像船一样漂浮在水中。然而，如果你仔细观察，你会看到它坐在水面上，实际上并没有穿透水面。这怎么可能呢？这取决于一种叫做表面张力的力，当水黾的腿接触水面时，这种力会作用于它的腿。表面张力是水表面的一种拉力，因为水分子之间略微相互吸引。这种特性是许多有趣现象的原因，例如气泡是如何形成的，水是如何形成水滴的，以及植物如何从地下吸水的。（请参阅“更多探索”部分，了解其他有趣的表面张力项目。）在这种情况下，表面张力在水面上形成一层薄膜或表皮，对于非常小、轻的物体来说，很难穿透这层膜。
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每个物体都会受到自身重量的向下拉力。如果表面张力的向上拉力足以抵消重量，那么坐在水面上的物体就可以保持在水面之上。（你可能会问，“等等，表面张力怎么能向上拉东西呢？”或者“水不是应该向上推水黾以支撑其重量吗？”尝试这个活动，然后阅读“观察和结果”部分来找出答案。）完全或部分浸没在水中的物体，例如船，会被浮力向上推，浮力等于它们排开的水的重量。如果浮力大于物体的重量，它就会漂浮。通常，密度大于水的材料（单位体积质量更大），例如金属，会下沉。然而，金属船可以漂浮，因为它们的船体形状使其排开大量的水（也就是说，船内有大量的空气空间）。在这个项目中，你将用金属丝制作一个水黾模型，并看到你可以使用表面张力而不是浮力来使金属漂浮。
材料
细金属丝（你可以购买“漆包线”，或者在获得许可的情况下，剪开旧电缆，例如手机充电器。）
剥线钳或剪刀（仅当您要剪开旧电缆时才需要）
浅盘或碗
水
成人助手（如果剪开旧电缆）
准备工作
如果您要剪开旧电缆，请让成人助手使用剥线钳剥去绝缘层。电缆内部可能有多根较小的电线，这些电线也可能有绝缘层。将电线拉开并剥去任何绝缘层，直到露出裸金属。如果您没有剥线钳，您可以请成人小心地使用剪刀或锋利的刀刮掉绝缘层，但要小心不要切断整根电线。
在浅盘或碗中装满水。
步骤
剪下三段金属丝，每段长约 8 到 10 厘米。
仅在中间将金属丝紧紧地拧在一起，形成虫子的“身体”。金属丝未拧的部分应形成虫子的六条“腿”，每侧三条。展开腿以均匀分布水黾的重量。
将水黾的每条腿弯曲成细长的浅“U”形。当您将水黾放在平坦、坚实的表面上时，它应该均匀地落在所有六条腿上（也就是说，没有腿应该翘在空中），身体离开地面。如有必要，调整腿。
轻轻地将您的水黾放入装有水的托盘或碗中。发生了什么？
如果您的水黾下沉，请尝试调整其腿。记住要确保它们是均匀的，以便所有六条腿都接触到水，并且虫子的重量均匀分布。如果一条腿先入水，那么虫子的所有重量都会压在那条腿上，它可能会下沉。如果仍然不漂浮，请尝试调整腿的形状。您希望尽可能多的金属丝接触到水，因此请确保每条腿都有一个细长的、非常平缓的曲线，而不是任何急弯。
一旦您的金属丝虫子漂浮起来，请仔细观察腿部接触水面的位置。你看到了什么？
尝试摇晃碗或托盘以制造波浪——或者在您的水黾上洒一些水来模拟下雨。发生了什么？
额外尝试：尝试用不同的材料制作水黾，例如更粗的金属丝甚至回形针。它还能工作吗？
额外尝试：尝试在您的水黾上添加小重量（例如小块胶带或纸）。在它下沉之前，您可以添加多少重量？
观察和结果
您可能一开始很难让您的水黾漂浮起来。重要的是将重量均匀分布在所有六条腿上，并且您应该让尽可能长的金属丝接触到水面。这使得最大的表面张力能够支撑虫子的重量。如果只有一条腿先接触到水，或者只有每条腿的一小部分接触到水，那么虫子的所有重量都会集中在少量的金属丝上，它就会穿透水面。
一旦您的虫子穿透水面，它就会迅速下沉，因为金属的密度大于水。波浪和雨滴很容易破坏表面张力，导致您的虫子下沉。当真实的水体很少完全静止和平坦时，真正的水黾是如何保持漂浮的呢？它们的身体覆盖着微小的毛发，可以捕获气泡，使它们在浸没后能够迅速弹回水面。
如果您仔细观察您的虫子的腿接触水面的位置，您应该观察到它们在水面上形成了小凹痕。这就是使表面张力能够向上拉腿的原因。想象一下，一群人抓住床单的边缘并拉紧它。床单是平坦且水平的，所以起初很难想象它如何能向上拉起东西。现在想象一下将一个球扔到床单的中间。床单会稍微下垂，但拉紧床单的人（产生表面张力）会阻止球进一步沉入床单中。表面张力以类似的方式作用于水黾的腿。
最后，如果您尝试使用更粗的金属丝或回形针制作水黾，它可能会变得更加困难——甚至不可能！发生这种情况是因为表面张力对非常小、轻便的物体具有相对较强的影响。这就是为什么水黾如此之小，以及为什么你不能在水面上行走。即使你尝试伸开你的手臂和腿，你仍然会穿透水面。
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