水麵上物體相互吸引或排斥的奧秘

    作者：徐奕然

    每次過生日，家人總會為我準備生日蛋糕。當燈光熄滅，黑暗中突然亮起的燭光，總是帶給我無比的喜悅和幸福。看著蠟燭油一滴一滴地滴下，我感覺非常有趣。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，我發現了一個奇怪的現象：滴落在水的蠟油瞬間凝結後，有的會很快地聚集在一起，有的卻怎也聚集不到一塊兒，似乎是有一種神奇的魔力將它們彼此拉開。這是為什呢？其他物體浮在水麵上也會如此嗎？帶著這樣的疑問，我決定通過實驗來好好探究一番。

    一、探究不同小物體吸引或排斥的奧秘

    （一）實驗目的

    通過觀察浮在水麵上的物體相遇時是相互吸引還是相互排斥，探討其中的奧秘。

    （二）實驗器材

    相同的一次性透明的塑料杯5個、竹製牙簽1根、小號縫衣針3根、1分硬幣3枚、常用工字型訂書釘3枚、火柴梗3小段、紅蠟燭1支、打火機1個、適量的自來水。

    （三）實驗過程

    在5個塑料杯中分別加入同樣多的自來水，並在其中4個塑料杯中，分別放入縫衣針2根、1分硬幣2枚、訂書釘2枚、火柴梗2小段。為保證小物體都能漂浮在水麵，擺放時我先把這些小物體放在小塊麵紙上，然後再放在水麵上，等麵紙吸滿水沉入水中後，這些小物體就會漂浮在水麵上。用牙簽輕輕撥開每隻水杯水麵上漂浮的兩個物體，仔細觀察。實驗結束後，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。最後，點燃紅蠟燭，將蠟油滴入剩下的一隻塑料杯中，形成大小差不多的兩個小蠟塊，並用小牙簽輕輕撥弄蠟塊。

    實驗結果顯示，縫衣針與縫衣針、硬幣與硬幣、訂書釘與訂書釘、火柴梗與火柴梗之間，都會相互吸引聚合在一起。縫衣針、硬幣、訂書釘這三種小物體兩兩之間也是相互吸引聚合在一起，可當它們分別與火柴梗靠近時，都呈現出排斥分離的狀態。而與入水凝結的蠟塊相遇時，會產生吸引或排斥兩種不同的現象。

    （四）結果分析

    為什會出現上述不同的現象呢？通過觀察與思考，我發現其奧秘在於水的表麵張力。

    液體與氣體相接觸時，會形成一個表麵層，在這個表麵層內存在著一個相互吸引的力，即表麵張力，它是由液體分子間很大的內聚力引起的，能使液麵自動收縮。這是由於處於液體表麵層中的分子比液體內部稀疏，它們受到指向液體內部的力的作用，使得液體表麵層猶如張緊的橡皮膜，有收縮趨勢，從而使液體盡可能地縮小它的表麵麵積。正是這個原因，當把2根縫衣針、2枚訂書釘、2枚硬幣、3小段火柴梗放在水麵上時，它們兩兩聚集在了一起。

    可為什縫衣針、硬幣、訂書釘這三種小物體與火柴梗靠近時卻是相互排斥的呢？通過仔細觀察，我發現縫衣針、硬幣、訂書釘漂浮在水麵上時，其邊緣的水麵是凸起的；而火柴梗漂浮在水麵上時，它邊緣的水麵是凹陷的。由此可見，邊緣的水麵形狀相同的兩個小物體相遇時，在水麵張力的作用下，它們會吸引在一起。而當邊緣的水麵形狀不同的兩個小物體相遇時，在表麵張力的作用下，它們就會排斥。