懸浮的油滴

◎重慶市育才中學(xué)校 熊志豪 李建

我們都知道，油和水是不相容的，油總是漂浮在水面上。有沒(méi)有辦法控制油滴在“水”中運(yùn)動(dòng)甚至懸浮呢？

當(dāng)然可以！我們選用生活中常見(jiàn)的物品，一起來(lái)挑戰(zhàn)一下吧！

實(shí)驗(yàn)材料：

小燒杯、食用油、膠頭滴管、顏料、清水、酒精，如圖1所示。

圖1

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.往食用油中加入少量顏料，攪拌均勻，便于后續(xù)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如圖2、圖3所示。

圖2

圖3

2.往小燒杯中先后倒入約150 mL酒精、100 mL清水，配制混合液體，再用膠頭滴管吸取一滴食用油，滴入混合液體中，如圖4、圖5所示。由于液體表面張力作用，食用油變成圓滾滾的油滴，沉入小燒杯底部，如圖6所示。

圖4

圖5

圖6

3.用另一支干凈的膠頭滴管將清水一滴一滴地緩慢滴入小燒杯中，如圖7所示。

圖7

4.當(dāng)?shù)稳胄那逅『檬褂偷紊细r(shí)，停止滴入清水，如圖8所示。

圖8

5.若油滴又下沉，則再滴入少量清水微調(diào)；若油滴上浮，最終處于漂浮狀態(tài)，則滴入少量酒精微調(diào)。如此反復(fù)，經(jīng)過(guò)多次嘗試，我們最終得到如圖9所示現(xiàn)象，油滴懸浮在水和酒精的混合液體中。

圖9

原理分析：

油滴先沉入小燒杯底部，而后能夠懸浮在水和酒精的混合液體之中，與物體的浮沉條件密切相關(guān)。當(dāng)物體所受浮力大于重力時(shí)，物體上浮，最終在水面處于漂浮狀態(tài)；當(dāng)物體所受浮力小于重力時(shí)，物體下沉，最終沉入容器底部；當(dāng)物體所受浮力等于重力時(shí)，物體處于平衡狀態(tài)，能懸浮在液體中。

根據(jù)阿基米德原理，我們知道油滴所受浮力F浮=G排=ρ液gV油，而油滴所受重力G油=ρ油gV油。本實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，油滴沉入小燒杯底部，是因?yàn)榇藭r(shí)油滴的密度大于水和酒精的混合液體的密度。我們向混合液體中加入清水或酒精，正是通過(guò)調(diào)節(jié)混合液體密度和油滴密度的關(guān)系來(lái)改變油滴的浮沉狀態(tài)。當(dāng)油滴的密度恰好與混合液體的密度相等時(shí)，油滴處于懸浮狀態(tài)，這就是“油滴懸浮”的奧秘。

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科技知識(shí)窗

從物體浮沉到鹽水選種

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)改變液體密度和物體密度的大小關(guān)系，進(jìn)而改變浮力和重力的大小關(guān)系來(lái)改變物體的浮沉狀態(tài)。

在實(shí)際生產(chǎn)生活中，我們常常往水中加鹽或者調(diào)配不同密度的鹽水，來(lái)改變水原本的密度，讓水中的物體實(shí)現(xiàn)浮沉。鹽水選種就是一個(gè)典型的例子，它是我國(guó)古代勞動(dòng)人民的智慧結(jié)晶，是一種巧妙的選種方法，沿用至今。

種子的飽和情況在很大程度上決定了來(lái)年莊稼的收成。人們?yōu)榱烁咝Ш蜏?zhǔn)確地從所有種子中篩選出飽和的種子，便將種子浸泡在特定濃度的鹽水中。飽和的種子密度大，沉入鹽水底部；不飽和的種子密度小，漂浮在鹽水表面——飽和的種子與不飽和的種子就被快速分離出來(lái)了。