浮力原理不仅能用于测量皇冠的密度。借助一些常见的日常化学品,我们能让冰块沉到液体中,并像潜水艇艇一般上上下下地运动起来。
实验/摄影丁林图文编辑/丁林新媒体编辑/吕冰心物质从液体凝固为固体时,密度一般都会增加。但液态水凝结成的冰块由于内部分子的特殊排列,密度反而比水更小——因此冰总会浮在水面上。"冰在水上"的特性,使江河湖海在寒冷的严冬中不至于彻底冻结,是地球生命得以延续至今的关键之一。
你可能不知道的是:当冰块与同样容易打滑的植物油相遇时,它们不再"稳如冰山",而是像潜艇一样,在液体中"上蹿下跳"。
实验材料冰箱、玻璃杯自来水、墨水植物油、婴儿润肤油实验步骤(0)
以自来水为原料制造冰块。为了增加实验的视觉效果,可添加食用色素或墨水制成彩色冰块。
(02)
在玻璃杯中依次倒入少量水、大量的植物油和少量的婴儿润肤油。等待一段时间,直至液面稳定。
原理:婴儿润肤油的主要成分为矿物油,密度为0.82g/cm3,本实验采用的植物油为玉米油,密度约为0.92g/cm3,自来水密度为.00g/cm3(可添加少量色素增加视觉效果);因为三者密度不同,因此在杯中形成三个不同液体层。(03)
将冰块投入混合体系中,冰块开始融化。
原理:冰块的密度约为0.92g/cm3,理论上应该悬浮在(等密度的)植物油中。但自来水结冰时,内部溶解的空气被困在冰块中,因此这种"气泡冰"密度比冰略小,停留在婴儿油和植物油的界面处。
冰块融化出的墨水滴温度接近0度,密度比植物油、常温的液态水都大,因此在接触水面后继续下沉至玻璃杯底部。
(04)
一段时间后,冰块开始在植物油中像电梯一样"上上下下"。
原理:融化出的液态水(密度较大)附着在冰块下方,向下拉拽冰块;当冰块缩小到一定程度时,内部(和表面附着)空气提供的额外浮力不足以抵消水滴的拖拽,因此冰块向下运动;水滴与冰块分离后,冰块整体密度减小,又缓缓上升。
(05)
最终,冰块一直停留在植物油底部,直到完全融化。
原理:冰块不断融化缩小的结果,一是高密度的水滴将包裹整个冰块;二是冰内困住的空气逐渐减少,最终不能使其再次浮起。
家长可以和孩子一起实验,记录下实验经历和心得,发表在“科学通讯社”专区,还有机会成为科学小记者~
出品:科普中央厨房
监制:北京科技报
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