【噴水池--水】
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 幾乎每一個公園或廣場都會有一個噴水池。
 光是坐著看水池裡噴出的水柱變幻著各種形狀,就足以讓人放鬆緊張的情緒,
 隨著微風偶爾飄過來的水滴,更帶來一絲清涼。
 水在我們的生活中真是太重要了,
 水為我洗滌汙濁,為我們調節氣溫,為我們負載舟船……
 為什麼水有這麼多神奇的功能?




 宇宙遠眺我們所住的地球,會發現它實在是一顆非常美麗、迷人的星球,而且是太陽系九大行星中最獨特的一顆。有人稱地球為「藍色行星」,因為地球表面有多達70%的面積是由湛藍的海洋所覆蓋,數十億年來,溫暖的海洋蘊育出無窮的生命力,動植物因海洋才能繁衍滋長,包括百萬年前才出現的人類。
既然水的存在這麼的重要,在甫踏入理化奧妙的研究領域之初,實在有必要先了解我們身旁最重要的物質──水。


水的密度
 住家頂樓的蓄水槽裝滿水以後,裡面的水總質量為幾公斤?你當然無法用秤來直接測量整個水槽的水,不過沒關係,只要明白「密度」的概念,這個問題就能輕易解決。
什麼是密度呢?如果我們用同樣大小的兩個桶子,一個裝滿水、一個裝滿細砂,會發現兩個桶子的質量會有很大的差異,這是因為水和砂的「密度」不同。

 密度=物質單位體積的質量
    單位體積可以是毫升(mL,1 mL=1 cm3)
    或公升(L,1L=1000 mL)。

 密度(D)=質量(M)÷ 體積(V)

 知道什麼是密度,就可以算出水的密度。想要知道長方體蓄水槽中水的質量,可以先用尺測量出蓄水槽內部的長、寬、高,算出容積大小,水槽容積的大小就是水槽所能裝填水的體積,再把體積乘以水的密度,就知道水的質量了(見動畫一《水的密度測量實驗》)。

物質
密度(g/cm3)
物質
密度(g/cm3)
物質
密度(g/cm3)
白金
21.4
7.8
海水
1.03
19.3
金剛石
3.50
1.0
汞(0℃)
13.595
麥飯石
2.60
0.92
11.34
食鹽
2.16
酒精
0.79
10.5
濃硫酸
1.84
汽油
0.68
8.89
人體
1.07
軟木
0.32


看完了上表之後,觀察到了什麼現象?有沒有注意到以下幾件事實呢?

  • 在上表中,密度最大的是白金,比重高達21.4,幾乎是鐵的3倍。
  • 人體的密度僅有1.07 g/cm3,竟然只比水的密度多出一些,所以學游泳應該不會太難吧!
  • 汽油的密度比水小,所以你知道為什麼在路上看到的油漬,都會浮在水面上了吧。
  • 海水的密度大於水,人體在海水中比較容易浮起來。
  • 水的密度竟然大於冰,你現在就去冰箱裡拿一些冰塊,把它丟在半杯水中,看看冰塊是浮著呢?還是沈下。
 物質的密度會受溫度的影響而改變。一般而言,物質的質量不受溫度影響,但是體積會熱脹冷縮。所以溫度上升時體積膨脹,密度相對就變小了。相反的,物質在溫度下降時體積縮小,密度會變大。

 不過水是例外,因為水的密度在4℃時最大,水溫只要從4℃上升或下降,密度都會變小。也就是說4℃的水,體積在受熱時也膨脹、冷卻時也膨脹(見動畫一《水的體積變化實驗》)。所以水總是由表面開始結冰,密度最大的4℃的水會沈入最底層。這個性質非常重要,在嚴寒的冬天,雖然水的表面已結冰,但在湖泊的底層仍維持4℃左右,使水中的生物可安然渡過冬天。

*動畫附解說,觀看時請打開喇叭

本文未完……摘自《3D理化遊樂場I》第2章 噴水池--水
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