一、實驗設計單位

3M

二、實驗原理

你還記得在小時候在浴缸裡玩玩具船的情景嗎？還是你坐過真正的船呢？因為浮力，讓船可以漂浮。船會被自身的重量（來自重力）往下拉，但同時又被浮力向上推，這時的浮力就等於船身排開的水體積的重量。

有些船是用由密度小於水的材料製成，這表示它們的單位體積的質量更小。這些材料很容易保持漂浮。然而，大部分的船隻是由金屬製成，例如鋼，其密度比水大得多。那麼它們是如何漂浮的呢？因為它們是空心的，所以船體內部有很多空的空間，讓整艘船的平均密度（包括金屬和空氣）低於水的密度。

船隻不僅需要漂浮，它們還需要保持直立，避免傾覆或翻轉。要做到這一點，則需要一個低質量的中心（也就是重心）。也就是說，船身的重量要集中在船的底部，而不是頂部。對於帆船來說，這似乎是一個問題，因為帆船的帆很高，一直高高懸在空中。

他們如何在如此高的質量集中的情況下保持平衡？答案是，他們使用位於船底的另一部分：龍骨，來達到這個目的。

三、實驗所需材料

1. 酒瓶軟木塞 3個
2. 橡皮筋 2條
3. 牙籤 1根
4. 小釘子或螺絲釘 幾顆
5. 防水材料，例如珍珠板、烘焙紙或紙牛奶盒
6. 鋁箔紙
7. 水槽、浴缸或可以裝水的大容器

四、實驗步驟

【製作第一艘小船】

1. 排列三個軟木塞（並排，而不是首尾相連）。

2. 用兩條橡皮筋將軟木塞固定在一起，形成一個「木筏」。
3. 桅杆：將牙籤插入中間的軟木塞中心，使其筆直向上。
4. 剪一個方形的防水材料來製作帆（帆的長度大約為牙籤的一半）。
5. 將牙籤穿過帆的兩端，將其固定，第一艘小船就完成囉！
6. 對著帆吹一口氣，看看會怎麼樣？

【換艘小一點的船】

1. 拿掉橡皮筋和兩個外側的軟木塞，保持帆的位置，把它變成較小的船。
2. 再把這艘較小的船放回水裡，觀察一下。
3. 你的小帆船可能會翻倒！這樣不好，我們要修正它。
4. 我們可以嘗試添加龍骨：小心地將釘子或螺絲釘入船底（軟木塞下方），船帆的相對位置。
5. 再把船放回水中。看看這次它能保持直立嗎？
6. 如果你的船不能保持直立，繼續添加釘子或螺絲釘（與第一個保持在同一直線上），直到它可以漂浮而不會翻倒。現在試試看再次對帆吹氣，觀察一下它怎麼動？你的船會直線前進嗎？

【怎麼讓船直線前進】

1. 小帆船的龍骨是由一根或多根釘子/螺釘組成，但它們並沒有相互連接。
2. 剪一塊長方形的鋁箔，緊緊地包裹在釘子/螺絲上，做成魚鰭狀。
3. 把小帆船再次放回水中，然後對帆吹氣。這次船怎麼動？是直走嗎？

【換艘大船吧】

1. 嘗試製作更大的帆並使用免洗筷代替牙籤作為船的桅杆。
2. 實驗看看，龍骨需要多重才能跟更大的帆來平衡船？提示：試著將釘子/螺釘水平連接在龍骨底部來配重。這樣你就不必一直在軟木塞上戳更多的釘子/螺釘。

❗️小朋友在使用釘子等尖銳物品時，請由老師、父母陪同操作。

我們製作的第一艘小帆船可能非常穩定，因為它的底部較寬（由三個軟木塞製成）。然而，當我們移除兩個軟木塞，讓船身更細時，帆船可能會變得不穩定並傾覆。這有點像雙腳併攏站立時，比起雙腳稍微分開時更難保持平衡。

當我們在帆船底部添加釘子/螺絲釘時，我們降低了其重心並讓它更穩定。但是，一一排列的釘子還是不能順利推動水，因為水可以直接在穿過它們中間的縫隙流動，這表示了這時候製作的龍骨不能讓小船好好的直行。

這時候，如果我們對帆船吹氣，船可能會被吹歪或轉圈圈。當我們用鋁箔把釘子包起來，讓龍骨像一個鰭，它就可以很容易地在一個方向上前行，而在龍骨的垂直方向上提供了很大的阻力。這讓小船更容易向前移動，而不太會向側向移動，順利直行。

這就是為什麼真正的帆船可以又長又瘦，而且還有高高的帆，正是因為船底下有龍骨可以防止它們翻倒並幫助它們直行！

一、實驗設計單位

3M

二、實驗原理

因為表面張力的存在，它讓液體的表面變得更堅固了。今天我們來做一個實驗，幫助我們更容易理解肥皂和水如何改變表面張力。

表面張力不僅對許多工程的過程很重要，它對地球的健康也很重要，因為它讓氣泡得以形成，這有助於將有機物質分佈到海洋的每一層。

三、實驗所需材料

1. 土司包裝封口夾或用小紙卡剪成類似的形狀
2. 剪刀
3. 大碗
4. 水
5. 液體清潔劑（洗碗精最佳）
6. 棉花棒或牙籤

四、實驗步驟

1. 先預測一下：如果把洗碗精滴進船尾的凹槽，會發生什麼情形？​
2. 把小船放進水裡，盡量靠近碗的邊緣。
3. 用手指、牙籤或棉花棒，沾一些洗碗精到船尾的凹槽中，看看會發生什麼現象？

五、討論與思考

小船會在水中加速前進，這是因為液體會從低表面張力往高表面張力移動；這被稱為「馬蘭戈尼效應（Marangoni effect）」。

清潔劑的表面張力比水低得多，因此它會從船後端的凹槽中被推出去。這種推動船往前進的力，就類似於火箭將燃料從油箱中推出，來推動自身向上發射的原理。

在這個實驗中，我們使用了特殊形狀的小小船來進行。如果我們改變它的尺寸或形狀會怎麼樣呢？小船能承載一些負重嗎？你能試著加一些重量在上面，讓它仍然能夠移動嗎？能加多少重量？

除了在船上加重以外，有沒有辦法把船變成拖船，讓它後面能夠拉東西，而且還能夠繼續前行？觀察看看這些變因中的各項，是如何影響小船的表現？

一、實驗設計單位

臺北市立啟聰學校 科思創科學社團

【演示學校】

科思創魔法材料學校－北聰分校

【實驗設計者】

中華大眾科學推廣協會 許兆芳

【演示學生】

李芳朵、林煥棠、黃苡臻、阮日草、歐宸宇、游士德、蔡承恩、林妙慈

【社團指導老師】

中華大眾科學推廣協會－許兆芳、蕭以昇

台北市立啟聰學校－蔡淑芬

二、實驗原理

空氣佔有空間，當它佔據桶內，快速受到擠壓時，會從口徑較小的砲口加速噴出；由於砲口中心的氣流速度比周圍空氣流速快，形成向圓心旋轉的煙圈，這股氣流不容易散開，可以移動很長一段距離。

三、實驗所需材料

1. 膠帶、雙面膠
2. 剪刀
3. 紙筒
4. 砲口紙片
5. 氣球皮 2個
6. 橡皮筋拉繩
7. 紙牌標靶
8. 裝飾色紙

四、實驗步驟

1. 先用膠帶將砲口紙片與紙筒固定。
2. 裁剪氣球皮後套入紙筒另一邊再用膠帶纏繞固定。
3. 用橡皮筋把汽球皮吹嘴開口綁緊。
4. 用雙面膠黏接裝飾用色紙即製作完成。
5. 將紙牌標靶立起，用空氣砲瞄準射擊。

五、討論與思考

1. 空氣砲的射擊準確率跟那些條件有關係？
2. 空氣砲砲口直徑一定要比紙筒直徑小嗎？
3. 砲口一定要是圓形的嗎？

一、實驗設計單位

默克Merck

二、實驗原理

水、油、鹽巴各自有不同密度，當密度較大的鹽巴沉到底部，它會附著在油上。一旦鹽開始溶解，它就會釋放出油，油就會浮上去。

三、實驗所需材料

1. 清水
2. 植物油 160 mL
3. 食用色素
4. 鹽巴
5. 容器 2個（至少8公分高）

四、實驗步驟

1. 倒入清水在兩個玻璃瓶中至少8公分高。
2. 各倒入80 mL的植物油。
3. 滴入不同顏色的食用色素。
4. 將鹽巴撒在油的表面。
5. 撒入更多鹽巴，並觀察熔岩燈的動態變化。

一、實驗設計單位

默克Merck

二、實驗原理

洗碗精破壞了表面張力，形成光滑的表面並使水分子散開，黑胡椒粒就被水分子推到了盤子的邊緣。

三、實驗所需材料

1. 盤子
2. 清水
3. 黑胡椒粒
4. 洗碗精

四、實驗步驟

1. 加入清水蓋過盤子底部。
2. 撒入黑胡椒粒。
3. 試試看，如果把手指沾一下有胡椒粉的水，胡椒會黏在手指上。
4. 在手指上加一滴洗碗精，再放入水中，觀察盤子上發生的變化。