在科学课上,我学习了“制作与测试我们的小船”。课后,我也想利用身边的材料,亲手制作一艘既能够载重又能航行的小船,并测试船的最大载重量。于是,我在家里翻箱倒柜,搜集了泡沫垫、泡沫箱、矿泉水瓶、小电动机、小风扇、电池等材料,并结合所学的电路知识,成功制作了两艘小船——“长城号”和“巨鲸号”,如图1。
创新“注水法”,精确!
完成制作后我便着手对船进行载重测试。课本上介绍的方法是往船上添加垫圈,根据垫圈的数量来计算载重量,如图2。但是这种方法对于载重量大的船来说不太适用,因为垫圈的数量有限,且它们的总质量需要累加计算。
就在我苦恼的时候,一个日常的小细节给了我灵感:倒水时,水的流动是连续的。那么,是否可以用水来代替垫圈进行测试呢?说干就干,我找到一个足够大的猫砂盆、带刻度的塑料杯和电子秤,开始了我的小实验。
我将载有塑料杯的“长城号”放入装了水的猫砂盆中,然后慢慢地往杯子里加水。随着水的注入,船体缓缓下沉。当水位到达船舷上沿时,表示这艘船达到了最大载重量,此时便可取出塑料杯进行称重。通过“注水法”测试得出,“长城号”的载重量约为472克。这种方法操作方便,结果精确。
进阶“体积法”,超快!
在测试过程中,我发现当船下沉到一定深度时,猫砂盆里的水开始往外溢。我心里嘀咕:溢出的水和注入塑料杯的水之间有什么关系呢?
为了探究这个问题,我将猫砂盆再次盛满水(确保水面达到盆沿的最低点),然后重复上述实验。同时,我用容器接住溢出的水,如图3,并对注入的水和溢出的水进行称重。结果显示,注入的水的质量为472.91克,溢出的水的质量为473.89克,两者几乎相等。
通过查阅资料,我明白了其中的原理:当船静止浮在水面上时,它受到的浮力等于其重力。当我往塑料杯中加水时,船的重力增加,它受到的浮力也随之增加。而浮力的大小正好等于船排开的水的重力。
这个发现让我有了新的想法 :通过测量船的体积来估算载重量,简称“体积法”。以“巨鲸号”为例,它的主体是一个泡沫箱,内侧体积为7760立方厘米(25厘米×16厘米×19.4厘米)。那么,它最多能装下7760毫升水。由于水的密度是1克/立方厘米,所以船的载重量为7760克。
当然,这只是一个理论上的计算值。“巨鲸号”的实际表现如何呢?我迫不及待地将它放入装满水的猫砂盆中,按照注水法测试它的载重量。实验表明,“巨鲸号”的最大载重量为7820克,与体积法的理论数值接近。
看着我的小船,我深感惊讶:这么小的泡沫盒竟然能够承载如此重的物品!难怪轮船可以运载那么多的货物!
这次经历让我深刻感受到了科学的魅力。我相信,只要我们用心去发现、去思考,我们的生活也会像这次实验一样,变得更加有趣。