水面上物体相互吸引或排斥的奥秘

徐奕然

每次过生日，家人总会为我准备生日蛋糕。当灯光熄灭，黑暗中突然亮起的烛光，总是带给我无比的喜悦和幸福。看着蜡烛油一滴一滴地滴下，我感觉非常有趣。有一次，我把燃烧的蜡烛拿起，让蜡油一滴一滴滴入盛满水的玻璃杯中。忽然，我发现了一个奇怪的现象：滴落在水里的蜡油瞬间凝结后，有的会很快地聚集在一起，有的却怎么也聚集不到一块儿，似乎是有一种神奇的魔力将它们彼此拉开。这是为什么呢？其他物体浮在水面上也会如此吗？带着这样的疑问，我决定通过实验来好好探究一番。

（一）实验目的

通过观察浮在水面上的物体相遇时是相互吸引还是相互排斥，探讨其中的奥秘。

（二）实验器材

相同的一次性透明的塑料杯5个、竹制牙签1根、小号缝衣针3根、1分硬币3枚、常用工字型订书钉3枚、火柴梗3小段、红蜡烛1支、打火机1个、适量的自来水。

（三）实验过程

在5个塑料杯中分别加入同样多的自来水，并在其中4个塑料杯中，分别放入缝衣针2根、1分硬币2枚、订书钉2枚、火柴梗2小段。为保证小物体都能漂浮在水面，摆放时我先把这些小物体放在小块面纸上，然后再放在水面上，等面纸吸满水沉入水中后，这些小物体就会漂浮在水面上。用牙签轻轻拨开每只水杯水面上漂浮的两个物体，仔细观察。实验结束后，用同样的方法将几种小物体分别交叉地放入装有其他小物件的杯中，观察不同物体之间是聚合还是排斥。最后，点燃红蜡烛，将蜡油滴入剩下的一只塑料杯中，形成大小差不多的两个小蜡块，并用小牙签轻轻拨弄蜡块。

实验结果显示，缝衣针与缝衣针、硬币与硬币、订书钉与订书钉、火柴梗与火柴梗之间，都会相互吸引聚合在一起。缝衣针、硬币、订书钉这三种小物体两两之间也是相互吸引聚合在一起，可当它们分别与火柴梗靠近时，都呈现出排斥分离的状态。而与入水凝结的蜡块相遇时，会产生吸引或排斥两种不同的现象。

（四）结果分析

为什么会出现上述不同的现象呢？通过观察与思考，我发现其奥秘在于水的表面张力。

液体与气体相接触时，会形成一个表面层，在这个表面层内存在着一个相互吸引的力，即表面张力，它是由液体分子间很大的内聚力引起的，能使液面自动收缩。这是由于处于液体表面层中的分子比液体内部稀疏，它们受到指向液体内部的力的作用，使得液体表面层犹如张紧的橡皮膜，有收缩趋势，从而使液体尽可能地缩小它的表面面积。正是这个原因，当把2根缝衣针、2枚订书钉、2枚硬币、3小段火柴梗放在水面上时，它们两两聚集在了一起。

可为什么缝衣针、硬币、订书钉这三种小物体与火柴梗靠近时却是相互排斥的呢？通过仔细观察，我发现缝衣针、硬币、订书钉漂浮在水面上时，其边缘的水面是凸起的（如图1）；而火柴梗漂浮在水面上时，它边缘的水面是凹陷的（如图2）。由此可见，边缘的水面形状相同的两个小物体相遇时，在水面张力的作用下，它们会吸引在一起。而当边缘的水面形状不同的两个小物体相遇时，在表面张力的作用下，它们就会排斥。

凝结在水面的小蜡块，有的能聚合在一起，有的不能，这是因为凝结在水面的蜡块有的呈边缘厚、中间薄的凹形，有的呈中间厚、边缘薄的凸形，这使得蜡块边缘的水面也随之呈或凹或凸两种形状。所以，当它们彼此相遇时，就会出现有的相互排斥、有的相互吸引两种不同的现象。

（一）实验目的

通过观察漂浮在水面上的不同物体接近塑料杯壁时是彼此吸引还是相互排斥，进一步探究其中的奥秘。

（二）实验器材

相同的一次性透明的塑料杯5个、竹制牙签1根、小号缝衣针2根、1分硬币2枚、常用工字型订书钉2枚、火柴梗2小段、红蜡烛1支、打火机1个、适量的自来水。

（三）实验过程

在5个塑料杯中分别加入半杯自来水，并依次放入缝衣针、硬币、订书钉、火柴梗、蜡块，让它们都漂浮在水面。用牙签分别拨动缝衣针、硬币、订书钉、火柴梗，让它们靠近塑料杯壁，观察实验现象。之后，将5个杯中的自来水加满但不溢出，使小物体依然漂浮在水面上，重复前面的实验。

通过实验，我发现缝衣针、硬币、订书针在半杯水时都是相互排斥，满杯水时则相互吸引（靠边）。而火柴梗却与三者相反，半杯水时相互吸引（靠边），满杯水时相互排斥。

（四）结果分析

实验中，漂浮在水面上的火柴梗的边缘水面，其形状与缝衣针、硬币、订书针在水面漂浮时边缘的水面形状刚好相反，是凹下的。半杯水时，水面中心低，边缘是凹下去的（图3）；而满杯水时，水面中心高，边缘是凸起的（图4）。

当小物体漂在水面时，其边缘的水面形状与杯中水面形状相同，在表面张力作用下，小物体会靠近杯壁，它们相互吸引；当小物体的边缘水面形状与杯中水面的形状相反时，在表面张力的作用下，小物体会被排斥而远离杯壁。

蜡油在滴入水中瞬间凝结的形状不一样，它们在水中的边缘水面就出现了两种情况：一种与缝衣针、硬币、订书针等边缘的水面形状相同，是凸起的（图5）；另一种与火柴梗的边缘水面形状一样，是凹下的（图6）。因此也就出现了两种不同的结果：水面形状相同的，在表面张力的作用下会相互吸引靠近；水面形状不同的，在表面张力的作用下，它们会相互排斥而分开。

编辑点评：

只要注意观察，生活中处处都有科学的影子。所以，我们不仅要养成观察的好习惯，更要勤于动脑、勇于实践、大胆探究。科学的奥秘无穷尽，需要我们不断地努力学习与探索。