核心概念
物理学
内聚力
表面张力
疏水性
引言
水。你可以喝它，泼洒它，潜入它，让物体在它上面漂浮。但它也有奇怪的一面：它会流动，但在某些表面上，它不会流动，它只会滚成一个小水珠。在室外的静止池塘里，在阴凉的地方，你有时会看到长着长腿的小昆虫在水面上行走。这是怎么回事？今天你将学习水是如何具有一种叫做“表面张力”的东西，你可以通过做一些非常简单的实验来观察和玩耍它。
背景
水分子喜欢通过氢原子中的键相互依附。这种内聚力的强度使分子在水面上表现得类似于弹性膜。这就产生了表面张力，这是一种液体的特性，使其能够抵抗外部力量，包括小昆虫的重量或重力试图将水拉成扁平水坑的力量！如果你在一张蜡纸上滴少量水，你可以看到表面张力作用的一个很好的例子。水不会飞溅或变平，而会在纸上形成小的半球形液滴。这些水滴可以保持其形状，因为水分子彼此之间的吸引力比对蜡纸的吸引力更强。这种吸引力的强度有助于将水滴保持在一起。
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在这个活动中，我们将用清水和一些家用产品来探索表面张力。准备好来一场飞溅吧！
材料
研磨黑胡椒粉——至少五茶匙
一个浅碗或铝制馅饼盘（浅色的东西效果最好。）
液体洗碗皂
食用油
牛奶
牙膏
玻璃清洁剂
水
五根牙签
一位成年帮手
纸
铅笔（或笔）
可以使用的水槽
准备工作
使用纸和铅笔创建一个两列六行的表格。将第一列标记为“家用产品”，第二列标记为“胡椒粉的行为”。在左列的行中添加以下单词：“油”、“洗碗液”、“玻璃清洁剂”、“牛奶”和“牙膏”。这将帮助你记录在此活动中的观察结果。
在可以承受溢出的表面上收集你的材料。
此活动使用了家用化学品，如果处理不当，可能会很危险。请让成年人帮助你！
步骤
将你的碗或盘子装满三分之二的水。
在水面上撒上一茶匙黑胡椒粉。观察胡椒粉的行为。胡椒粉是下沉还是漂浮？它是散开还是聚集成团？你还注意到胡椒粉的什么？
小心地将牙签的一端浸入食用油中。你只需要在牙签的末端沾上少量油！
将涂有油的牙签末端浸入有胡椒粉的水中。观察当油与水接触时会发生什么。当你添加油时，水面上胡椒粉薄片的运动是否发生变化？你还注意到油和胡椒粉的什么？
将你的观察结果写在表格中。丢弃牙签。
清空并冲洗你的碗。
再次，将碗装满三分之二的水。
在水面上撒上一茶匙黑胡椒粉。再次花一分钟观察胡椒粉在水中的移动方式。
小心地将一根干净的牙签末端浸入洗碗液中。
将蘸有洗碗液的牙签末端浸入有胡椒粉的水中。观察当洗碗液与水接触时会发生什么。当你添加洗碗液时，水面上胡椒粉薄片的运动是否发生变化？以什么方式？
将你的观察结果写在表格中。丢弃蘸有洗碗液的牙签。
用清水清空并冲洗你的碗。
再次，将碗装满三分之二的水。
在水面上撒上一茶匙黑胡椒粉。再次花一分钟观察胡椒粉在水中的移动方式。
用剩余的每种测试成分重复这些步骤。在每种成分之间用清水冲洗并重新装满碗。将你的观察结果记录在表格中。
额外：重复此活动，用其他家用物品进行测试。你是否注意到哪些产品会影响胡椒粉，哪些产品不会影响的规律？
额外：重复此活动，测试当你使用果汁或苏打水代替水时会发生什么。
观察和结果
在此活动中，你测试了五种不同的家用产品，以了解它们如何影响水中胡椒粉薄片的运动。你可能注意到的第一件事是，至少有一些胡椒粉薄片漂浮在水面上。胡椒粉是疏水的，这意味着水不会被它吸引。因此，与盐或糖不同，胡椒粉不会溶解在水中。胡椒粉之所以能够漂浮在水面上，是因为水分子喜欢彼此依附。它们以一种在水面上产生表面张力的方式排列。这种张力使胡椒粉薄片漂浮在顶部，而不是沉到碗底。
当你添加不同的家用产品时，你应该观察到胡椒粉薄片的行为发生了变化。将三种产品——洗碗液、玻璃清洁剂和牙膏——添加到水中，应该都会导致胡椒粉薄片立即从牙签上跑开。相反，油和牛奶对胡椒粉的行为应该几乎没有或没有影响，尽管你可能可以看到油滴漂浮在表面上。在我们分析为什么会发生这种情况之前，你能否想到洗碗液、玻璃清洁剂和牙膏有什么共同点？
如果你说它们都是清洁物品的——那就对了！而这种重要的特性有助于解释为什么胡椒粉被这三种产品中的每一种都驱赶了。肥皂和清洁剂旨在分解水的表面张力。这有助于使它们成为良好的清洁工具。当你向水中添加洗碗液、牙膏或玻璃清洁剂时，它会分解表面张力。然而，水分子想要粘在一起并保持那种张力，因此它们会远离肥皂，并将胡椒粉带走！
清理
将剩余的液体倒入排水沟，并扔掉任何用过的牙签。
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此活动由科学伙伴合作提供
编者注（2020年5月6日）：此文章在发布后经过编辑，以更正有关表面张力如何工作的描述。