科學玩具－浮力－化學浮沉

原文發表於Yahoo奇摩部落格2008年11月12日。

這是幾艘以潛艦造型出現的浮沉玩具，可於各地的石尚自然探索館購得，它所依靠的是不斷地改變艦體內平均密度的大小，使得迷你潛艇完全不需要電池的動力，只要簡單的讓發泡錠遇水產生氣泡，便可提供源源不絕的浮力。我曾經做過大艘的潛艦，發現只要少少的發泡錠，在五分鐘之內就可以浮沉七至八次，實在是經濟又實惠。

不過說明書上所介紹的反應材料是Baking Soda（焙用鹼），我使用過小蘇打粉，發現效果不如預期，而且必須在熱水中，才稍有上浮的現象，在此之前手都不知道被燙過多少次了。所以得替小朋友另闢一條安全的玩科學途徑才行。其實大家現在都會想到用假牙清潔錠或汽水發泡錠了，而且顏色又好看。

準備材料：迷你潛艇、發泡錠、透明水槽或水杯


操作步驟：

１、首先把船身上部的艙蓋打開，倒入發泡錠粉末，再把艙蓋蓋好。
２、放入水中，發泡錠遇到水就會產生化學變化，釋出氣體。
３、迷你潛艇就會持續浮沉數次，直到浮力不足以使艦身上浮。

原理說明：
一個在水中的物體會受到兩種力量作用著，其一是地心引力所造成的重量，其二是水所給予物體的浮力。兩力的作用方向是相反的，如果地心引力大於浮力，物體就會下沉；如果地心引力小於浮力，物體就會上浮。要決定物體的浮沉，最簡單的就是去比較密度。

剛開始的塑膠潛艇雖然輕，但加上發泡錠之後的平均密度是大於水的，所以會一路沉到水底。但由於發泡錠遇水產生二氧化碳，這些氣泡囤積在船艙內，讓潛水艇的平均密度小於水。當產生的氣體夠多，提供的浮力就會大於地心引力，潛艇就會上浮。當潛艇浮到水面上時，船身只要不平衡稍有傾斜，氣泡就會從船艙中散逸掉，少了氣泡的浮力，潛艇就會再次下沉。

船艙中剩餘的發泡錠仍然繼續和水反應產生氣體，等到氣泡累積夠多足以提供較大的浮力時，潛艇就會再次上浮。一直重複著浮沉的過程，直到發泡錠反應所產生的氣體不足以使艦身上浮為止。

應用發展：
也可以用密閉性較佳白色底片盒或扭蛋盒來做船身主體，再利用不同大小和數量的孔洞來控制浮沉的速率。高雄的周建和教授在2007年的逢甲物理年會就以此做為工作坊的主軸，並做出「建字號」，在2008年的彰師大物理年會也有出現在壁報紙板上。

另外，使用冷水和熱水來做反應速率的比較是個不錯的實驗對照。也可以使用塊狀或粉末狀的發泡錠，來探究反應表面積大小的影響。甚至是水的酸鹼性對反應速率的影響。觀察並比較一開始的反應速率和後來有什麼不同，直到無法再次浮起為止，會有令人驚奇的發現哦！