趣味STEAM教育:你能在瓶子上戳洞而不漏水吗?

好奇心令人惊叹,可以推动发明和创新。许多科学项目都是由科学家去询问事物是如何工作的,或者事物为什么以某种方式工作而开始,然后用科学或工程实验来找到问题的答案。

以下简单而具有创造性的STEAM活动,孩子们通过制作涉及科学原理的东西,可以看到“奇怪但真实”的科学!

你能在瓶子上戳洞而不漏水吗?

一、介绍

在这个活动中,孩子们可以用回收的塑料瓶来进行探索:让水流不出来或者流出来的秘诀是什么?不会漏水的洞!

你知道吗?在海平面上,你身体的每平方英寸承受着大约15磅的空气压力。这种空气在我们的日常生活中非常有用。例如,这层空气有助于防止地球变得极度的冷或热。它甚至可以帮助有洞的瓶子不漏水!试试这个活动,找出原因!

图源:pixabay

项目时间:10到20分钟,核心概念:气压、水压、表面张力

二、用料

材料:

  • 有拧紧盖的坚固的塑料瓶子,在750毫升至2毫升范围内效果最好
  • 能足够装满瓶子的水
  • 至少四个图钉
  • 可能会被弄湿的实验区域
  • 带边的烤盘
  • 水槽
  • 清洁用的毛巾或布
  • 可选择:食用色素
  • 可选择:更多坚固的塑料瓶子
  • 可选择:足够多的水

三、准备工作

1.把瓶子装满水,加一滴食用色素(可选),然后盖紧盖子。

2.把瓶子放在烤盘上,这个盘子可以接住任何可能流出来的水。

四、步骤

1.将至少4个图钉插入瓶子内部,距离底部约1英寸。

提问:水会漏出来吗?你为什么会这么认为?如果把图钉拔出来会发生什么?

2.小心地把第一根针直接拔出来,这样在瓶子里就会留下一个小孔。

提问:你看到的是一股水流还是涓涓细流?你为什么会这样认为?当你把其他的针拔出来时,你认为会发生什么?

3.小心地把其他的别针从瓶子里拔出来。当你把别针拔出来时,尽量不要压瓶子。

提问:会发生什么呢?如你所料吗?你认为为什么会发生这种情况?

4.挤压瓶子然后释放它,再重复几次。

提问:当你挤压瓶子时会发生什么?当你释放它又会发生什么呢?你认为为什么会发生这种情况?

5.小心地将瓶子移到水槽中。在下面放一条毛巾来接住水滴。把瓶子放在水槽上打开。

提问:会发生什么呢?为什么会发生这种情况?你能找到阻止水流的方法吗?

五、发生了什么?

当瓶子保持关闭状态且没有施加压力时,可能只有涓涓细流从小孔中滴落出来,而当瓶子被打开或推入时,水流就会流出来。

水分子喜欢聚集在一起,所以要把一股水和一股水分开是需要力量的。除非你压下瓶子,或者大气中的空气推动水的表面,否则不会有水流从小孔流出。

瓶子外面的空气也会挤压小孔附近的水。如果有一个地方可以让空气流入(比如瓶子顶部的孔),进入的空气可以让水从孔中滴落出来。但是在一个密封的瓶子里,没有空气可以进入来填补任何滴水的空间。所以,如果有一点水离开瓶子,就会降低瓶子里的气压,阻止水倒出来。但是,如果你挤压瓶子,你就增加了气压,水就会喷出来

这些洞足够小,水分子聚集在一起刚好能阻止空气冒泡进来。如果你试着挖更大的洞,你可能会注意到当水从洞里流出时,气泡会设法潜入洞里。如果你在瓶子的喷口附近开一个小洞,就像在进一步探索部分所解释的那样,你无疑会注意到,即使是一个小洞,也能让足够的气流进入,让水流动起来。

六、探索更多

1、深层发掘

地球被大气层所覆盖,大气层是一层60英里厚的气体。虽然我们通常认为空气中没有什么,但所有的空气都是由质量很小的微粒组成的。我们——以及我们周围的任何东西——体会到这层气体的重量是压力;这叫做大气压。然而,我们太习惯于这种压力,以至于我们很少注意到它的存在。但是如果你曾经在开车上山的时候感觉耳朵“嘣”的一声,你会注意到它变了。随着你在海拔高度上行驶,压在你身上的空气层越来越少。耳膜内的空气保持在较低海拔气压下——至少在它们“爆裂”之前是这样。

水也是由有质量的微粒组成的。当什么东西在水下时,它会感受到上面所有水层的压力。因为水的密度比空气大得多,所以水也重得多。一层大约10米深的水所产生的压力与地球周围60英里厚的空气层所产生的压力大致相同。在深水池里潜水时,你可能会感觉到水的压力;你潜得越深,你就越能感觉到水压在你的耳膜上。

水还有另一个有趣的特性:它的粒子喜欢聚集在一起。这就好像在水体周围有一层薄膜。科学家称之为表面张力。当你仔细观察固体表面上的水滴时,你会发现表面张力在起作用;它们往往聚集在一起,形成圆点或小水坑,而不是完全平坦和均匀地展开。

在这个活动中,气压和表面张力结合在一起能够阻止水从小孔中漏出来。

2、进一步探索

  • 在另一个瓶子里,以不同的瓶子高度打洞。所有的孔都应安装在水线以下。你认为在不同的高度打洞会改变结果吗?
  • 再试一次,但要把最后一个孔开在瓶口附近,这样空气就可以进出瓶子了。这个小孔是如何改变结果的呢?你认为这是为什么?
  • 这个活动要求在瓶子上打一个小圆孔。试着用更大的孔或形状不规则的孔重复这个活动,看看结果会不会有所改变。为什么孔的大小和形状很重要呢?

来源:sciencebuddies网站,编译:南瓜

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