核心概念
波浪
压力
密度
引言
你有没有注意到海鸥在海面上上下浮动？你可能还看到冲浪者抓住一个波浪，将他们带到岸边。也许你曾在湖面上漂浮，随着波浪的经过而上下起伏。或者，你可能看到过被波浪冲上岸的漂流木等碎片。水波非常迷人——它们大小各异，从微小的涟漪到10米高的巨浪都有。你见过它们，但你知道是什么驱动它们——以及它们如何在海洋中移动吗？
在这个活动中，你将把海洋带回家，并在瓶子里制造波浪。你还将提高你的观察技能，并找出为什么有些波浪很慢，而另一些波浪很快。
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背景
风是造成海洋中大部分波浪的原因。它是这样工作的：风导致水堆积在未受扰动的水面之上。波浪的波峰（或峰值）下的水会受到额外的水向下推。额外的重量然后将水从波峰下推出。移动的水会过度移动并在新的位置产生波峰，因此波浪会继续前进。
海洋和海是空气层（大气层）下的水层。由于空气的密度远小于水（重量约为相同体积的水的千分之一），因此空气似乎对波浪的影响很小。因此，为了了解波浪是如何运作的，你将在水面上添加一层油。想知道这与空气有什么关系，以及它如何影响水面上的波浪吗？卷起你的袖子，试试这个令人兴奋的科学活动吧！
材料
两个相似、干净、透明的带盖瓶子（两升的苏打水瓶效果很好）
植物油，足够装满一个瓶子的三分之二
水
食用色素（蓝色是一个不错的选择）
毛巾
笔和纸
一个工作区和覆盖材料（例如旧毛巾），以便轻松清理溢出的油和水
用于更方便地填充瓶子的漏斗（可选）
两小块蜡（从蜡烛上切下来的碎片效果很好。请成人帮助你安全地切割这些。）（可选）
准备
在你的工作区域铺上一条毛巾（或其他可以弄脏的保护层）。
在两个瓶子里都装入约三分之一的水。漏斗可以帮助你将水倒入瓶子。加入几滴食用色素。
盖上一个瓶子并将其放在一边。
轻轻地将另一个瓶子装满植物油。同样，漏斗可以防止溢出。
盖上瓶子并将其放在一边。
检查两个盖子是否都拧紧。
小心地将准备好的瓶子移到你将进行观察的区域。
让瓶子侧放，直到你准备好观察。
在含有水和油的瓶子里，你可以看到什么？水是漂浮在油的上面，还是油在水的上面，或者两种液体混合在一起？你认为哪一种密度更大，油还是水？
你认为只含着色水的瓶子里的水上面是什么？有什么东西还是空空如也？
步骤
从只含有水的瓶子开始。水平握住这个瓶子，并抬起一端以产生波浪。一旦波浪开始，将你的瓶子放回水平位置并观察波浪。
对含有油和水的瓶子重复此操作。你是否注意到产生的波浪有差异？一个瓶子里的波浪是否比另一个瓶子移动得更快？它们更高吗？
为了更容易进行比较，请计算波浪在瓶盖或瓶底侧反弹的次数。从只含有水的瓶子开始。水平握住瓶子，并抬起一侧以产生波浪。将你的瓶子放回水平位置，并在波浪到达瓶子的另一侧时进行计数。
每次波浪到达瓶盖或瓶底侧时，都添加一个数字。一直这样做，直到波浪消失。
对另一个瓶子重复上一步。你注意到有什么不同吗？你需要对一个瓶子比另一个瓶子数得更慢吗？这表明了什么，为什么会这样？下面的额外活动可能会给你一个线索。
额外：打开瓶子，在两个瓶子里都放一小块蜡，然后再盖上。因为蜡的密度大于油，但小于水，它会漂浮在水面上，但会沉在油里。你可能需要等待一段时间，让蜡沉入油中，直到它到达水面上。把蜡想象成一只海鸥、一艘船或一个漂浮在水面上的冲浪者。像以前一样制造一个波浪，但现在观察蜡是如何移动的。它是来回移动，还是随着波浪上下移动？你能解释你的观察结果吗？
额外：如果你有一个秒表，你可以测量波浪的周期。这是波浪经过所需的时间——从波峰到波谷再回到波峰。回顾你之前所做的观察，你认为顶部有空气的波浪和顶部有油的波浪的周期相同吗？用你的秒表来计时你的蜡物体从波峰顶部开始，下降到波谷，然后再回到波峰顶部所需的时间。这个测量的时间正好是波浪的周期。对于顶部有空气的波浪和顶部有油的波浪来说，周期相同吗？
额外：波浪的频率是指一秒钟内经过的波浪数。回顾你之前所做的观察，你认为顶部有空气的波浪和顶部有油的波浪的频率相同吗？你能找到一种方法来测量或计算你产生的波浪的频率吗？
[分隔符]
观察和结果
你是否注意到顶部有油的水会产生出奇慢的波浪？
波浪移动是因为波峰中液体的额外重量将水从波峰下方推到水较浅的地方。这在两个瓶子里都会发生。
对于有水和空气的瓶子，水和空气都会推在较深的水层上。空气的密度大约是水的千分之一，因此当波浪经过时，较深的水层主要承受波浪中堆积的所有水的重量。波峰和波谷（或最低点）之间的重量差是波浪的驱动力。在这种情况下，重量的巨大差异会导致快速移动的波浪。
同样，对于有水和油的瓶子，水和油都会推在较深的水层上。就像空气一样，油的密度小于水（约为水密度的三分之二），因此，相同量的油比相同量的水轻。因此，当水堆积成波浪时，更多的水和更少的油会压在波峰下方的某个点上。然而，在波浪最浅的点，更多的油和更少的水会压在下面的水上。结果，在这种情况下，波峰下方某一点和波谷（或波浪的最低点）下方某一点的液体重量差要小得多，因此波浪的驱动力要小得多，尽管它仍然迫使水从波峰下方移动。此外，水和比空气重的油都必须移动，因此液体的流动速度比轻空气在水面上流动时要慢得多。你观察到的是水面上移动速度慢得多的波浪。
在额外的活动中，你可能观察到蜡主要是上下移动，而波浪是向前和向后移动的。这是因为在波浪中，是波浪下方的水水平移动；水面上的水是上下移动的。
清理
你可以将只含有色水的瓶子的内容物倒进下水道。但是不要将油倒进下水道！
将装有水和油的瓶子直立放置，让液体分离一段时间。选择一个容器或瓶子（例如你用于装色水的瓶子）来收集你的油。轻轻地将油层倒入干净的容器或瓶子中。如果有一些水也流出来了也没关系，尽你所能转移大部分油。（如果有漏斗，请使用。）你可以将剩余的色水倒进下水道。你可以将密封好的油瓶扔进垃圾桶、堆肥，或在网上搜索一个地方来捐赠你用过的食用油。（用过的食用油可以转化为生物柴油，这是一种无毒且可生物降解的燃料，可以为汽车和公共汽车提供动力，并且产生的空气污染物比石油基柴油少。）
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此活动由与科学伙伴合作推出
