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纸船“称”硬币

2015-05-04黄羽佳

科学大众·小诺贝尔 2015年4期
关键词:江华纸船方形

黄羽佳

郑和的宝船是用木头做的,装着满满的宝物远渡重洋;大海里的万吨巨轮是用钢铁做的,堆着高高的集装箱乘风破浪。两张A4纸折成的船能承载多少重量呢?假期里,我们科学小队就做了这个好玩的实验。

折纸船很简单,但怎样折才能让它承受更多的硬币呢?我们都知道曹冲称象的故事,大象在水中排开水的重量就是大象的重量。同样的道理,纸船装上硬币后排开的水的体积越大,能装的硬币就越多。

怎样才能让纸船排出的水更多呢?通过查阅资料,我们知道球形的体积和面积最大。但是要把纸做成气球一样的球形,这有点难。经过思考,我们决定将纸船做成方形,和其他形状相比,方形体积也是比较大的。

我分别把两张A4纸的四边折起做船沿,然后把船底按相反方向横竖折叠拱起,如图(1)。再按图(2)的方法重叠,四周粘上固体胶,做出来的船如图(3)。可船沿做多高呢?太高,底面积就变小;太低,水容易漫进来。经过反复思考、试验,我发现当船沿高度为1.5厘米时,可放124个硬币。

队员江华将纸叠成一个和我差不多的方形,再将另一张纸折成一个方形,将两个方形底部粘在一起如图(4)。放入水中时,尽量让纸船垂直,让底部充满空气,增加浮力。最后,江华的纸船一共承受了112个硬币。

队员彭玥宁充分利用了正方体的体积最大的特点,把两张A4纸横竖交叉,为保证四个角不漏水,沿着重叠部分的边向内折1厘米,里面作为船的底,其余部分折上去重叠成双层作为船沿,做出来的船非常牢固,可惜只放了74个硬币,纸船就沉了。

叠纸船看上去似乎很简单,但其中也蕴含了很多科学小知识。想使纸船承受更大的重量,首先船底部必须有一个相对密闭空间。江华在下面的一个方形与上一个方形之间制造出有空气的空间,以此增加浮力。但是这个方形并不密闭,可以看成两个单独的方形,并且两个方形都是由一张A4纸折成,下面一张纸吸满水后,由于固体胶黏性降低,与上一个方形的底部脱离沉入水中,剩下的一个方形就只能靠一张纸承受硬币。

而我把两张纸重叠在一起,中间拱起,两张纸当中就存在着少量的空气,船沿处折叠紧密,船底构成一个相对密闭的空间。放入水中,下一张纸浸湿后,硬币的重量排掉两张纸之间的空气以后,第二张纸才会吸水,所以我比江华放的硬币多。

其次,纸船的底面积越大,浮力越大。在保证排水体积最大的情况下,要优先考虑底面积的大小。然而,彭玥宁没有考虑到这一点,所以她的纸船虽然很牢固,船沿也很高,但底面积太小,所以在放入76个硬币后,船沿就变形了,整个纸船像石块一样沉了下去。

当然,还要确保纸船受力均匀。放置硬币时动作要轻,按对角线,先四周后中间一层层铺开,边放边观察,尽量使纸船保持平衡,每个地方受力均匀。

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