1
競賽項目:表面張力
設計者:呂榮哲、呂秉軒 壹、前言
有些昆蟲像水黽可以利用表面張力在水面上爬行，非常扁的物體如鋁質或鎳質的錢幣、
剃鬚刀片或鋁膜也可以藉由表面張力浮在水面上。在表面張力高的情況下水不易浸濕 物體。洗衣粉的作用之一就是降低水的表面張力。生活中其他表面張力的例子：水滴 形成圓球狀、豉豆蟲和水黽可在水面上行走、針會浮在水面、荷葉上的水滴成圓球狀 等等。
貳、原理
表面張力的成因為液體分子與其他不同分子間的吸引力。液體內部，每個分子被各方 向的鄰近分子以同樣大小的力吸引著，因此淨力為零；然而在液體表面，液體分子被 下方的液體分子拉向內，但沒有被其他鄰近介質(可能為真空、空氣或其他液體)拉緊，
因此所有表面的分子主要皆受到向內的吸引力，唯一能抗衡的只有壓縮液體時產生的 阻力，此向內的拉力削減表面積，使液體的表面就像拉長的彈性膜，而液體盡可能地 拉緊自身直到擁有最小表面積。
參、競賽活動
一、活動一:滴滴計較 (一) 場地:
(二) 使用器材
大會提供
項目 規格 數量 備註
漆包線(銅線) 約 4 m；直徑 0.8mm 1 捲 水盆 39(L)×31(W)×10(H)cm 1 個
水 自來水 1 盆
2 m
2 m
2
學生自備
項目 規格 數量 備註
衛生紙 一般市售衛生紙 1 包 剪刀 一般市售剪刀 1 把 直尺 15~30 cm 1 把 鉗子 大小不限 1 把
(三) 競賽說明:
1. 製作時間為 40 分鐘。
2. 利用漆包線製作一個可以浮在水面上的作品，漆包線的長度(以 1 捲為限)、形狀 不限，且可以隨意剪裁、彎折，但不可在漆包線上加其他物品。
3. 此裝置之範例如下圖所示：
4. 測量標準為漆包線立在地(桌)面上的垂直距離。
5. 在製作時間內可以測試自己的作品，若提前完成作品(活動一、二的作品)，可向 裁判提出先進行測量的要求，參賽者提出要求後便不得更換參賽作品。(各組只 能有一個參賽作品)。
6. 進行比賽時，參賽者將製作完成的漆包線放置於水面，並由裁判計時，作品必須 浮在水面上 15 秒，且漆包線不可勾於水盆上，若符合以上條件即為成功。
7. 經裁判判定成功後，進行漆包線垂直高度的量測，高度越高得分越多。
8. 每組有兩次把作品放在水上的機會，若作品兩次都沉入水中，則此部分不予計 分。
9. 不得攜帶手冊，只能攜帶手冊中規定的器材入場，違者此活動不予計分。
3
(四) 評分標準:
1. 量得漆包線立在地(桌)面上的垂直高度即為此競賽的成績(例如：若量得 10.0 cm，
即得到 10.0 分)，有效數值取到小數點第一位，若在兩刻度間則取刻度較小的數 值(例如：若長度在 10.1 cm 及 10.2 cm 之間，則以 10.1 cm 計算)。
2. 漆包線上不可加上其他物品。若在漆包線上加其他物品，則成績乘以 0.6。
3. 若製作時間結束後，參賽組別仍持續製作，第一次先警告，若警告二次成績乘以 0.8。
4. 若兩次機會皆無法浮於水面上達 15 秒，則成績以 0 分計算。
5. 若漆包線固定於水盆，則成績以 0 分計算。
6. 若在製作時超出製作區第一次先警告，若警告二次成績乘以 0.8。
二、活動二：鉛鋅萬苦 (一)場地:
(二) 使用器材:
大會提供
項目 規格 數量 備註
鉛線 約 6 m；直徑 0.6mm 1 捲 水盆 39(L)×31(W)×10(H)cm 1 個
水 自來水 1 盆
學生自備
項目 規格 數量 備註
衛生紙 一般市售衛生紙 1 包 剪刀 一般市售剪刀 1 把 直尺 15~30 cm 1 把 鉗子 大小不限 1 把
2 m
2 m
4
(三)競賽說明:
1. 活動一、活動二同時製作。
2. 利用鉛線製作一個可以浮在水面上的作品(如活動一)，鉛線的長度(以 1 捲為限)、
形狀不限，且可以隨意剪裁、彎折，但不可在鉛線上加其他物品。
3. 測量標準為鉛線平放在地(桌)面上的最長水平距離，如下圖。
4. 在製作時間內可以測試自己的作品，若提前完成作品(活動一、二的作品)，可 向裁判提出先進行測量的要求，參賽者提出要求後便不可以更換參賽作品(各組 只能有一個參賽作品)。
5. 進行比賽時，參賽者將製作完成的鉛線放置於水面，並由裁判計時，作品必須 浮在水面上 15 秒，且鉛線不可勾於水盆上，若符合以上條件即為成功。
6. 經裁判判定成功後，進行鉛線平放在地(桌)面上長度的量測，長度越長者得分 越多。
7. 每組有兩次把作品放在水上的機會，若作品兩次都沉入水中，則此部分不予計 分。
8. 不得攜帶手冊，只能攜帶手冊中規定的器材入場，違者此活動不予計分。
(四)評分標準:
1. 量得鉛線平放在地(桌)面上的最長距離即為此競賽的成績(例如：若量得 10.0 cm，即得到 10.0 分)，有效數值取到小數點第一位，若在兩刻度間則取刻度較 小的數值(例如：若長度在 10.1 cm 及 10.2 cm 之間，則以 10.1 cm 計算)。
2. 若在鉛線上加其他物品，則成績乘以 0.6。
5
3. 若製作時間結束後，參賽組別仍持續製作，則裁判給予警告一次，若警告二次 則成績乘以 0.8。
4. 若兩次機會皆無法浮於水面上達 15 秒，則成績以 0 分計算。
5. 若鉛線固定於水盆，則成績以 0 分計算。
6. 若在製作時超出製作區即警告一次，若警告二次成績乘以 0.8。
肆、總評分
1. 兩活動分數相加即為本活動總分。
2. 由成績高到低，排序一到最後一名，所得積分即為反過來的組數。(例如：有 40 組，第一名則得 40 分，最後一名得 1 分)。
3. 若兩組成績相同，則以同分計算。(例如：第一名 40 分，第一名 40 分，則無第二 名，接續第三名：38 分)。
【動動腦】
1. 作品與水面接觸的面積如果越大，浮力會不會越大?
2. 將沉到水裡的作品拿起來後用衛生紙擦乾會不會比較好放在水面上?
伍、參考資料
一、 林晉弘、王伯瑋、蔡承諭（2010）。水黽原理的表面張力計。全國高級中等學校小 論文寫作比賽，物理類。
http://www.shs.edu.tw/works/essay/2010/03/2010033010584911.pdf 二、 國立台中教育大學 NTCU，科學教育與應用學系--科學遊戲實驗室。
表面張力趣味競賽http://scigame.ntcu.edu.tw/water/water-027.html
