核心概念
物理
能量
液体
分子
表面张力
引言
你有没有想过为什么水黾虫可以在水上行走？你相信这和肥皂可以清洁你的餐具的原因相同吗？事实上，如果你仔细观察周围，你可以找到许多有趣的现象，这些现象都依赖于水的表面张力。在这个科学活动中，你将制作一个小筏，它实际上是由表面张力驱动的——并使用你的筏来研究表面张力的工作原理！
背景
如果你吹过不同类型的气球，你会知道吹起一个由薄、软、有弹性的橡胶制成的气球是相当容易的。那是因为气球在被吹胀时几乎没有阻力。但是对于一个由较厚或较硬的橡胶制成的气球，需要更多的能量才能将其膨胀。气球更难拉伸，可以作为表面张力的模型。“气球材料”的弹性程度决定了你的呼吸需要克服多少阻力（或者在这种情况下，表面张力）才能将其膨胀。表面张力被定义为将表面积增加一定量所需的能量。
液体也有表面张力。液体的分子（微小的粒子）不断地以微小的电荷相互推拉。当一个水分子被其他水分子包围时，拉力与推力平衡，因此它不会在一个方向上比其他任何方向受到更大的拉力。但是在表面，空气和水相遇的地方，情况并非如此；那里的水分子更多地被向下拉，朝向其他水分子，而不是向上，朝向空气。这导致了水的表面张力。
材料
剪刀
一小块平坦的泡沫塑料，至少大约三英寸乘三英寸（例如，这可以是外卖容器的一部分或包装片。）
美工刀或精密切割刀和一个成年人协助使用
厨房海绵（使用新的海绵，或用水彻底冲洗海绵，以确保其中没有任何肥皂。）
牙签
大盆、水槽或浴缸
液体洗洁精或液体洗衣液
水
滴管（可选）
尺子（可选）
准备工作
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在成年人的帮助下，将泡沫塑料切割成小的矩形形状，例如大约三英寸乘两英寸或四英寸乘三英寸。这将是你的筏。如果你愿意，你可以把它做成不同的形状，只要它是对称的，不长于大约六英寸，并且在一侧有一个至少两英寸长的平坦区域。
在筏的短端之一（或至少两英寸长的平坦区域），在距离筏端大约半英寸的地方，用美工刀小心地切出一个大约一英寸乘一英寸的正方形。将正方形沿该端居中。这将是筏的背面。
再次，在成年人的帮助下，切下一小块厨房海绵，大约一英寸乘一英寸。这块海绵应该适合你从筏上切出的正方形中，所以如果需要，调整海绵的大小。你认为海绵将如何为你的筏提供动力？
将牙签水平穿过海绵片。牙签将靠在泡沫塑料筏上，而海绵将位于筏的正方形孔中。将牙签靠近海绵的顶部，以便当您将其放入泡沫塑料孔中时，海绵片的底部至少与泡沫塑料筏的底部一样低。你认为海绵会接触到水很重要吗？
现在，在成年人的帮助下，切掉正方形和筏端之间剩余的小条泡沫塑料，但使切口不如海绵片宽。例如，如果你的海绵片每边都是一英寸，则只应切掉约二分之一英寸或四分之三英寸的泡沫塑料条。（这是因为当你把筏子放入水中时，你希望海绵片后面有一些开阔的水域，但泡沫塑料条的一部分需要仍然在那里以防止海绵漂走。）你的筏现在可以航行了！
步骤
用清水装满一个大盆、水槽或浴缸。确保有足够的空间让你的筏子移动。
一旦水沉淀下来，将筏子放到水面上，让它漂浮。确保海绵片留在筏的正方形切口中。
一旦筏子不再移动，小心地在海绵片上滴一到两滴液体洗洁精或洗衣液。确保没有任何洗涤剂意外地滴入水中。如果需要，你可以使用滴管更好地瞄准滴落。当洗涤剂放在海绵上时，筏子会发生什么？它是如何移动的？
如果你想再次观察运动，清空盆，冲洗筏子（特别是海绵），以去除其中所有的洗涤剂，然后重新装满盆。像以前一样再次测试筏子。
知道洗涤剂会降低水的表面张力，你能否利用这个事实来解释为什么筏子会这样移动？
额外：你可以重复这项活动，但测试除洗涤剂以外的其他物质，看看它们是否会影响表面张力。例如，你可以尝试不同的肥皂、牙膏、植物油、食盐等。其他物质是否以与液体洗洁精相同的方式影响表面张力以及筏子的运动？
额外：你可以尝试改变筏子的大小或形状并重复实验。使用不同形状或更重或更轻的筏子如何影响它利用表面张力行进？
额外：想想如何改变你的筏子的设计以改进它。你能改变它的设计，使其更快或更直地前进吗？
[中断]
观察和结果
筏子是否向前移动，远离放置海绵片的一端？
你应该看到，当你在筏的海绵片上添加一两滴洗涤剂时，筏子应该会迅速远离添加洗涤剂的一侧，从而推动它在水中前进。
当洗涤剂加入水中时，它会降低水的表面张力。降低水的表面张力的化合物被称为表面活性剂，其作用是将水分子彼此分离。在这个活动中，表面活性剂添加区域的表面张力降低，筏子前面的较高表面张力将筏子向前拉。随着洗涤剂在水中扩散，它会降低整个水的表面张力，并且筏子最终停止移动，因为表面张力不再有差异。你认为洗洁精等表面活性剂如何帮助清洁脏盘子？
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