核心概念
物理学
粘附力
范德华力
润湿
引言
你可能听说过阿波罗 13号登月任务，或者看过一部关于宇航员在飞往月球的旅途中飞船发生爆炸后惊险逃生的电影。你可能不知道的是，胶带帮助挽救了宇航员的生命！在主飞船因爆炸而失效后，美国宇航局必须想办法让三名宇航员在一个只能容纳两人的小型登月舱中生存下来。他们指示宇航员使用纸板、塑料袋、宇航服部件以及——你猜对了——胶带，来制造救生空气过滤器！在这个活动中，我们将探索胶带的工作原理，以及是什么会让它失效。
背景知识
像 Elmer’s 和强力胶这样的家用胶水在涂抹时是液体，然后在硬化时会发生化学变化，从而将物体粘在一起。而胶带的工作原理完全不同——没有化学反应。胶带（以及大多数其他强力家用胶带）的粘性在很大程度上是两种物理特性的结果，即润湿和范德华力。
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润湿是一个词，我们用它来描述粘合剂如何有效地渗透（或沉入）到所应用的材料中。想象一下，纸巾上的一滴水和蜡纸上的一滴水。滴在纸巾上的水会渗入并渗透它。滴在蜡纸上的水会在其表面形成水滴，但不会渗透。擅长润湿的材料可以像水渗入纸巾一样渗入所应用材料的孔隙中。你胶带上的粘合剂很擅长润湿。例如，当你将一块胶带按在纸上时，你会帮助胶带粘性一侧的分子渗透到纸张表面。
一旦粘合剂分子渗透到纸张（或其他表面）的表面，范德华力就会发挥作用。这些是分子之间通常可能不会相互吸引的弱吸引力。由于这些分子在胶带中的精心排列，胶带分子能够与纸分子形成物理键。胶带分子也会粘附在一起（彼此粘连）——因此，胶带可以保持在一起并粘附在各种表面上。
材料
一卷胶带（至少 5 英尺长）
半杯水
冰箱
玻璃盘
小烤盘或盘子（至少 12 英寸宽）
大约 1 英尺长的蜡纸
纸
尺子或卷尺
剪刀
小号三明治袋
两个大号回形针
大约 15 个 5 美分硬币（你可以用其他硬币代替，例如 10 美分或 25 美分硬币，只要你有 10 个即可。）
计时器或时钟
笔或铅笔
勺子
伙伴
准备工作
剪下一块 12 英寸长的胶带。小心地将这块胶带粘性面朝上放在你的托盘或盘子上。
将此托盘放入冰箱，并将计时器设置为 25 分钟（或在时钟上记下时间）。
使用回形针小心地在三明治袋的顶角处戳一个孔。使你的孔距离袋子的边缘至少一英寸。将回形针穿过孔（你可能需要稍微弯曲一下），使袋子悬挂在回形针上。
在你的纸上，制作一个四列五行的表格。在顶行，为列写上标签：第一个框中是“胶带处理/条件”；第二个框中是“5 美分硬币的数量”；第三个框中是“悬挂胶带的长度”；第四个框中是“胶带的粘性”。在“胶带处理/条件”列中，在下面的框 [行？] 中写入“玻璃盘”，在下一个框 [行？] 中写入“蜡纸”，在下面的框 [行？] 中写入“湿”，在最后一个框 [行？] 中写入“冷冻”。你将在进行活动时填写剩余的框。
用你的剪刀剪下一条 12 英寸长的胶带。
轻轻地将这条胶带的一端粘在你允许使用胶带的台面或其他坚固物体上。让它自由悬挂，不要接触任何东西。这是你的胶带对照——你将用它来比较你将在本次活动中使用的其他胶带的粘性。
步骤
用你的剪刀剪下另一条 12 英寸长的胶带。
将胶带的六英寸粘在玻璃盘的底部。用你的手用力按压它。让另外六英寸悬挂在盘子下方（像尾巴一样！）。
让你的伙伴拿着盘子，使胶带可以自由悬挂。
用你的剪刀或额外的回形针在胶带悬挂端的胶带上（大约距离末端一英寸）戳一个小孔。
将连接到袋子的回形针插入孔中，使回形针和袋子都悬挂在胶带的末端。
当你的伙伴稳住玻璃盘时，慢慢地向袋子中添加 5 美分硬币，在添加每个硬币后暂停观察任何变化。当你添加 5 美分硬币时，胶带会发生什么？你看到任何变化吗？
如果胶带在你用完硬币之前就从玻璃盘上脱落，请在表格中“玻璃盘”行的第一列记录胶带保持的硬币数量。如果你能够将所有 15 个 5 美分硬币放入袋子并且胶带保持住，则记录数字 15。
用尺子测量从盘子上悬挂下来的胶带。在表格中控制行的“胶带长度”列中记下胶带的长度。注意胶带的长度自开始以来是否发生了变化。硬币的重量是否拉开了更多的胶带，使尾部变长了？
轻轻地将胶带从玻璃盘上拉下来。当你拉胶带时，感受一下粘性面。将其与胶带悬挂的一半（从未接触过盘子）进行比较。其中一半感觉比另一半更粘还是更不粘？它看起来不同吗？
将用过的胶带的粘性与从桌子上悬挂的胶带进行比较。它感觉更粘还是更不粘？
使用 1 到 10 的等级来评价用过的胶带的粘性。将你的对照胶带作为比较。如果它的粘性为 10，那么用过的胶带的粘性是多少？
处理你用过的胶带。
用你的剪刀剪下另一条 12 英寸长的胶带。
重复上述步骤，但这次将胶带粘在你的蜡纸上。当你的伙伴拿着蜡纸时，让他们用书或你的玻璃盘支撑它，使其不会因硬币的重量而下垂。
如果胶带在你拉它时没有从蜡纸上脱落，请在“胶带的粘性”列中写入“无法移除”。
在你在蜡纸行的每一列中记录结果后，你可以处理你用过的胶带。
用你的剪刀剪下另一条 12 英寸长的胶带。
在粘贴胶带之前，小心地将其粘性面朝上放在柜台或桌面上。将你的尺子放在胶带旁边。
用你的勺子将几勺水滴在胶带一半的长度上。确保胶带的一半完全湿润。
重复测试步骤，将胶带的湿的一半粘贴到你的玻璃盘上。如果胶带没有粘住，请在“硬币数量”列中写入“0”，并在“胶带长度”列中写入“没有粘住”。
将胶带湿的一半的粘性与对照胶带进行比较。在“湿”行的“胶带粘性”列中，使用 1 到 10 的等级来评价湿胶带的粘性。湿胶带感觉不同吗？在哪方面？它看起来不同吗？你如何解释你观察到的差异？
在你在湿行的每一列中记录结果后，处理你用过的胶带。
从冰箱中取出带有胶带的盘子（至少在冰箱中放置 25 分钟后）
重复测试步骤，将冷冻的胶带粘贴到玻璃盘上。如果胶带没有粘住，请在“硬币数量”列中写入“0”，并在“胶带长度”列中写入“没有粘住”。
查看你的表格。在哪种条件下胶带能够保持最高的硬币数量？最低的？哪种条件下的胶带粘性等级最高？哪种条件下的胶带粘性等级最低？
额外：重复此活动，将胶带粘贴到不粘锅上。请务必先征得同意！在你的表格中添加一行来记录结果。
额外：测试其他类型的胶带。有些胶带对水或温度是否比其他胶带更敏感？有些胶带的粘性是否比其他胶带更好？
观察和结果
在本次活动中，你应该发现胶带的粘性取决于两个一般因素：胶带的条件以及你粘贴它的表面。虽然胶带可能牢固地粘在玻璃盘上，但当胶带是湿的或冷冻的时，与你的对照胶带相比，它的粘性明显降低。此外，当你将胶带粘在蜡纸上时，它的粘性可能不如粘在玻璃盘上好。
因此，让我们从胶带本身的条件开始：为什么胶带在湿润时不起作用？当胶带中的粘合剂分子变湿时，胶带就会失去粘性。当这种情况发生时，水会充当润湿的屏障（因此粘合剂分子无法沉入玻璃盘），并阻止胶带和盘子之间形成物理键——水就像它们之间的墙一样，它们无法连接在一起！
冷冻胶带也会降低其粘合润湿能力。同样，想象一下几滴液态水滴在纸巾上，这次与滴在纸巾上的冰块进行比较。液态水会比冰块更快更有效地渗透到纸巾中。同样，当冷冻时，胶带中的粘合剂分子无法很好地渗透到其他表面，因此胶带无法牢固地“抓住”你想要粘贴的东西。
对于蜡纸来说，胶带的粘性不如在玻璃烤盘上好，但这次是因为蜡纸的缘故。想想看，纸巾上的水滴和蜡纸上的水滴有什么不同。就像水滴无法渗透蜡纸一样，胶带也无法粘住！蜡纸可以阻止大多数材料润湿，这使得它非常适合排斥水、食物，以及在这种情况下排斥胶带。
清理
扔掉任何不能重复使用的废弃材料。您可以使用橄榄油或浸过橄榄油的纸巾清除胶带留下的任何残留物。让油浸透残留物至少15分钟，然后用海绵擦掉。
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此活动由科学伙伴（Science Buddies）合作提供
