水面上物體相互吸引或排斥的奧秘

徐奕然

每次過(guò)生日，家人總會(huì)為我準(zhǔn)備生日蛋糕。當(dāng)燈光熄滅，黑暗中突然亮起的燭光，總是帶給我無(wú)比的喜悅和幸福?？粗灎T油一滴一滴地滴下，我感覺(jué)非常有趣。有一次，我把燃燒的蠟燭拿起，讓蠟油一滴一滴滴入盛滿水的玻璃杯中。忽然，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：滴落在水里的蠟油瞬間凝結(jié)后，有的會(huì)很快地聚集在一起，有的卻怎么也聚集不到一塊兒，似乎是有一種神奇的魔力將它們彼此拉開(kāi)。這是為什么呢？其他物體浮在水面上也會(huì)如此嗎？帶著這樣的疑問(wèn)，我決定通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)好好探究一番。

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)觀察浮在水面上的物體相遇時(shí)是相互吸引還是相互排斥，探討其中的奧秘。

（二）實(shí)驗(yàn)器材

相同的一次性透明的塑料杯5個(gè)、竹制牙簽1根、小號(hào)縫衣針3根、1分硬幣3枚、常用工字型訂書(shū)釘3枚、火柴梗3小段、紅蠟燭1支、打火機(jī)1個(gè)、適量的自來(lái)水。

（三）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在5個(gè)塑料杯中分別加入同樣多的自來(lái)水，并在其中4個(gè)塑料杯中，分別放入縫衣針2根、1分硬幣2枚、訂書(shū)釘2枚、火柴梗2小段。為保證小物體都能漂浮在水面，擺放時(shí)我先把這些小物體放在小塊面紙上，然后再放在水面上，等面紙吸滿水沉入水中后，這些小物體就會(huì)漂浮在水面上。用牙簽輕輕撥開(kāi)每只水杯水面上漂浮的兩個(gè)物體，仔細(xì)觀察。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用同樣的方法將幾種小物體分別交叉地放入裝有其他小物件的杯中，觀察不同物體之間是聚合還是排斥。最后，點(diǎn)燃紅蠟燭，將蠟油滴入剩下的一只塑料杯中，形成大小差不多的兩個(gè)小蠟塊，并用小牙簽輕輕撥弄蠟塊。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，縫衣針與縫衣針、硬幣與硬幣、訂書(shū)釘與訂書(shū)釘、火柴梗與火柴梗之間，都會(huì)相互吸引聚合在一起?？p衣針、硬幣、訂書(shū)釘這三種小物體兩兩之間也是相互吸引聚合在一起，可當(dāng)它們分別與火柴?？拷鼤r(shí)，都呈現(xiàn)出排斥分離的狀態(tài)。而與入水凝結(jié)的蠟塊相遇時(shí)，會(huì)產(chǎn)生吸引或排斥兩種不同的現(xiàn)象。

（四）結(jié)果分析

為什么會(huì)出現(xiàn)上述不同的現(xiàn)象呢？通過(guò)觀察與思考，我發(fā)現(xiàn)其奧秘在于水的表面張力。

液體與氣體相接觸時(shí)，會(huì)形成一個(gè)表面層，在這個(gè)表面層內(nèi)存在著一個(gè)相互吸引的力，即表面張力，它是由液體分子間很大的內(nèi)聚力引起的，能使液面自動(dòng)收縮。這是由于處于液體表面層中的分子比液體內(nèi)部稀疏，它們受到指向液體內(nèi)部的力的作用，使得液體表面層猶如張緊的橡皮膜，有收縮趨勢(shì)，從而使液體盡可能地縮小它的表面面積。正是這個(gè)原因，當(dāng)把2根縫衣針、2枚訂書(shū)釘、2枚硬幣、3小段火柴梗放在水面上時(shí)，它們兩兩聚集在了一起。

可為什么縫衣針、硬幣、訂書(shū)釘這三種小物體與火柴?？拷鼤r(shí)卻是相互排斥的呢？通過(guò)仔細(xì)觀察，我發(fā)現(xiàn)縫衣針、硬幣、訂書(shū)釘漂浮在水面上時(shí)，其邊緣的水面是凸起的（如圖1）；而火柴梗漂浮在水面上時(shí)，它邊緣的水面是凹陷的（如圖2）。由此可見(jiàn)，邊緣的水面形狀相同的兩個(gè)小物體相遇時(shí)，在水面張力的作用下，它們會(huì)吸引在一起。而當(dāng)邊緣的水面形狀不同的兩個(gè)小物體相遇時(shí)，在表面張力的作用下，它們就會(huì)排斥。

凝結(jié)在水面的小蠟塊，有的能聚合在一起，有的不能，這是因?yàn)槟Y(jié)在水面的蠟塊有的呈邊緣厚、中間薄的凹形，有的呈中間厚、邊緣薄的凸形，這使得蠟塊邊緣的水面也隨之呈或凹或凸兩種形狀。所以，當(dāng)它們彼此相遇時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)有的相互排斥、有的相互吸引兩種不同的現(xiàn)象。

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)觀察漂浮在水面上的不同物體接近塑料杯壁時(shí)是彼此吸引還是相互排斥，進(jìn)一步探究其中的奧秘。

（二）實(shí)驗(yàn)器材

相同的一次性透明的塑料杯5個(gè)、竹制牙簽1根、小號(hào)縫衣針2根、1分硬幣2枚、常用工字型訂書(shū)釘2枚、火柴梗2小段、紅蠟燭1支、打火機(jī)1個(gè)、適量的自來(lái)水。

（三）實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在5個(gè)塑料杯中分別加入半杯自來(lái)水，并依次放入縫衣針、硬幣、訂書(shū)釘、火柴梗、蠟塊，讓它們都漂浮在水面。用牙簽分別撥動(dòng)縫衣針、硬幣、訂書(shū)釘、火柴梗，讓它們靠近塑料杯壁，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。之后，將5個(gè)杯中的自來(lái)水加滿但不溢出，使小物體依然漂浮在水面上，重復(fù)前面的實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)縫衣針、硬幣、訂書(shū)針在半杯水時(shí)都是相互排斥，滿杯水時(shí)則相互吸引（靠邊）。而火柴梗卻與三者相反，半杯水時(shí)相互吸引（靠邊），滿杯水時(shí)相互排斥。

（四）結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)中，漂浮在水面上的火柴梗的邊緣水面，其形狀與縫衣針、硬幣、訂書(shū)針在水面漂浮時(shí)邊緣的水面形狀剛好相反，是凹下的。半杯水時(shí)，水面中心低，邊緣是凹下去的（圖3）；而滿杯水時(shí)，水面中心高，邊緣是凸起的（圖4）。

當(dāng)小物體漂在水面時(shí)，其邊緣的水面形狀與杯中水面形狀相同，在表面張力作用下，小物體會(huì)靠近杯壁，它們相互吸引；當(dāng)小物體的邊緣水面形狀與杯中水面的形狀相反時(shí)，在表面張力的作用下，小物體會(huì)被排斥而遠(yuǎn)離杯壁。

蠟油在滴入水中瞬間凝結(jié)的形狀不一樣，它們?cè)谒械倪吘壦婢统霈F(xiàn)了兩種情況：一種與縫衣針、硬幣、訂書(shū)針等邊緣的水面形狀相同，是凸起的（圖5）；另一種與火柴梗的邊緣水面形狀一樣，是凹下的（圖6）。因此也就出現(xiàn)了兩種不同的結(jié)果：水面形狀相同的，在表面張力的作用下會(huì)相互吸引靠近；水面形狀不同的，在表面張力的作用下，它們會(huì)相互排斥而分開(kāi)。

編輯點(diǎn)評(píng)：

只要注意觀察，生活中處處都有科學(xué)的影子。所以，我們不僅要養(yǎng)成觀察的好習(xí)慣，更要勤于動(dòng)腦、勇于實(shí)踐、大膽探究?？茖W(xué)的奧秘?zé)o窮盡，需要我們不斷地努力學(xué)習(xí)與探索。