基本概念
水
密度
物理学
水动力学
流体力学
引言
你有没有好奇过钢铁制造的船是如何漂浮起来的？如果你把一个钢螺钉扔进水桶中，螺钉会很快沉入底部。那么钢船是如何漂浮起来的呢？而且，钢船怎么能运输重负载而不下沉呢？这跟船（包括它的货物）与水的相对密度有关。在本次活动中，你将要用铝箔制作小“船”来探索它们的尺寸和形状是如何影响它们承载的重量的，以及这与水的密度的相关性。
背景
是什么决定一个物体是漂浮还是下沉？是物体的密度（单位体积的质量）与它所在液体的密度的比较。如果物体的密度比液体大，物体就会下沉。如果物体密度较小，那么它就会漂浮。
对于钢板船，船体的形状决定了它漂浮的能力和它可以承载的载荷大小。在密封大量气体的钢板空船上，船的密度等于钢板质量和封闭空气质量的总和除以船体的体积：船漂浮是因为它的密度比水的小。但是当把货物或其他重量加到船上时，它的密度变成了钢板、封闭的空气和货物的质量之和除以船体的体积。如果加的重量太多，船的密度就会大于水的密度，它就会下沉。过量的货物必须赶紧扔出船外，否则就要弃船了！
材料
铝箔
尺子
胶带
计算器
碎纸片和钢笔或铅笔
水桶、浴盆、洗碗池或洗碟盆
水
硬币。你可能会需要200，这取决于你制作的船的尺寸和形状。
抹布或纸巾
干燥的大米和量杯（可选项）
准备
剪两片方形铝箔，使一片的尺寸为另一片的两倍。比如，你可以让一片为30乘以30厘米，让第二片为15乘以15厘米。
把两个铝箔折叠成两个不同的船体。试着把它们做成相同的形状。比如，你可以让它们都有两个尖头（像划艇一样）或者你可以把它们做成侧面立着直边的方形或矩形（更像一个平底货船）。
给船做最后的收尾工作。确保它们没有任何渗漏。如果需要，用一点胶带把它们做得更牢固。把船底整理平坦。对每个船，设法确保沿着船缘的边有相同的高度。你觉得这一点为什么很重要？
计算每个船的体积。如果两个船都是方形的或矩形的，你可以测量每个船的长度、宽度和高度，然后把这些值相乘得到它的总体积。如果船的一部分是不规则形状，那么就分块测量体积，然后把这些体积都加起来。用三角形来近似船上所有曲线或有角的区域。每个船的体积是多少？把它记下来。
或者，你可以用干燥的大米来计算每个船的体积。为了做到这个，小心地在每个船中装满干大米使得大米与船顶部平齐。小心不要把船弄坏，把干大米转移到量杯中。每个船使用的大米体积是多少？把这个记录下来。
把水桶、浴盆、洗碗池或洗碟盆装上一些水。
步骤
取一艘船然后小心的让它漂浮在盛水的容器中，水的深度要足够完全把船淹没。
一次轻轻地放一枚硬币。为了防止船侧翻，在加硬币的时候小心地平衡负载（左侧到右侧，前面到后面——用舵手的话说，左舷到右舷，船头到船尾，如果你觉得是在航海的话）。
继续加硬币，直到船最终沉没。
小心地把沉没的船取出来，然后把它和硬币放在抹布或纸巾上。把多余的水倒回容器。
数出船在下沉之前能装下的硬币数量（使船下沉的那个硬币不能计入在内）。它能承载多少枚硬币？把这个数字记下来。
用另一艘船来重复这个过程。确保只加入干燥的硬币。你觉得为什么使用干燥的硬币（而不是湿硬币）很重要？
大船承载的硬币比小船多很多吗？
确保你计算的每艘船的体积用的单位是立方厘米（cm3）。如果必要的话，把它转化成立方厘米然后记录下来。（立方厘米跟毫升或mL是相同的。）
把每艘船可以承载的硬币数量转化成克。为了做到这一点，用硬币的数量乘以2.5克（单个硬币的重量）。每艘船可以承载多少克？把这些数字记录下来。
对每艘船，用它所能承载的克数除以它以立方厘米为单位的体积。这就是船的大概密度。每艘船刚好下沉前的密度是多少？你觉得这跟水的密度有怎样的关系？
拓展：在本次活动中，你比较的是两艘不同大小的船，但你还可以尝试用形状和尺寸变化更多的船来重复这个活动。如果你用的铝箔船形状不同，得到的结果相同吗？在你的结果中，你发现什么规律了吗？
拓展：在这个活动中你粗略计算了水的密度，但是你的计算可以更加精确。思考影响你计算的因素是什么，找到一种更准确的确定水的密度的方法，比如把船体的重量加进去，加一些比硬币更小的东西来测量船可以承载的重量，另外，可以更加精确地确定船的体积。你得到的计算结果跟实际的水的密度能有多接近？
拓展：重复这个实验，但这次使用除了水之外的其他液体（或半固体），比如食用油、洗洁精甚至是雪。（如果在活动中使用家用的液体，与大人商议一下，确保是可以的。）确保不要使用任何危险的化学用品，比如家用清洗液。如果你不想使用太多液体，你可以用水稀释它或者使用一个小的容器（宽度只要足够适合你的船就好），装满时它恰好比船的高度深一点——这样船可以沉没。其他液体和半固体的密度是多少？将它们的密度与水作比较。
观察和结果
大船承载的重量是否更大？两个船在恰好下沉前有相近的密度吗，这个密度大概是一克每立方厘米即水的密度吗？
当你第一次把一艘船放入水中的时候，它应该是漂浮的，因为它的总密度比水小。当你往船中加硬币时，它的密度增加，船漂浮减弱。最后，当加入足够多的硬币时，船的密度跟水的大致相同。这就在加入那个使船沉没的硬币之前发生。船沉没是因为它的密度最终变得比水大了。因此，刚好下沉之前船的密度应该大致等于水的密度，它是一克每立方厘米。尽管较大的船承载更多的重量，但它也有较大的体积，两艘船在刚好下沉前的密度都应该大致是一克每立方厘米。（你得到的密度可能不恰好是这个值，但是应该在每立方厘米0.7到1.3克之间。一些误差的来源可以被消除，这样你得到的答案可以更接近实际的水的密度，这些来源包括更精确地计算每艘船的体积，用一些比硬币小的东西和在计算中计入船的重量。）
清理
当你做完船的测试时，一定要回收利用铝箔。
（翻译 刘夏）
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