在鋸齒狀的鐵片上，水滴可以像毛毛蟲一樣往上爬，更驚人的是水滴往上爬是不需要接觸台階的，可以說是用「飄」的!為什麼會這樣?難道是科學家施了什麼魔法嗎?
【X博士摘要說明】
- 了解水滴在高溫鋸齒狀金屬中的爬樓梯現象與金屬表面溫度、鋸齒大小、液滴大小、爬升角度的關係。
- 了解水滴為何會爬坡的原因
第 50 屆國中物理科作品
題目：水滴在高溫鋸齒狀金屬表面上的爬坡現象
作者：臺中縣立大雅國民中學的同學們
【摘要(原文)】
根據我們的研究，發現水滴可以在鋸齒狀金屬表面上移動，而且會向上爬升，爬坡角度最大為 20 度角。我們拍攝很多水滴的爬坡現象，我們觀察到水滴向高處移動的運動方式，發現水滴的前端會向上、向前凸起，並且會伸長而後縮短，表示有一個力量造成這樣的情形。我們知道水滴與高溫金屬面之間會存在一層蒸氣層，我們認為這層蒸氣層是造成水滴向上爬升的主要原因。我們可藉由改變「鋸齒斜面長」與「鋸齒高」的比值，來控制水滴的移動方向，鋸齒斜面長所面對的方向，即為水滴的移動方向，可見鋸齒狀金屬面的形狀，是讓水滴向上爬升的另一個原因。我們也發現，水滴的爬升速率會受到鋸齒大小、鋸齒斜面長與鋸齒高的夾角、液滴大小與液滴的表面張力所影響。
【X博士步驟說明】
●實驗一 : 了解水滴在高溫鋸齒狀金屬中的爬樓梯現象與金屬表面溫度的關係。
在鋸齒狀金屬表面用大火燒，隨著溫度的上升慢慢將水滴滴在鋸齒狀金屬表面，結果發現要燒到400度以上，水滴才不會蒸發，而是結成珠狀，接著以下的實驗皆是用大火燒 30 分鐘，製造約 400℃的表面溫度，再把水滴滴在鋸齒狀金屬表面上，觀察水滴的爬升情形。
●實驗二 : 準備三種不同的400度金屬鋸齒鐵片，觀察水滴爬升的情況。
固定不變的是 : 水滴大小為 0.04 ㏄、鋸齒傾斜角為 5 度角
A鐵片的鋸齒最小，C鐵片的鋸齒最大，但是跑最快的是B鐵片。所以鐵片的形狀會影響速率。
●實驗三 : 在400度的鐵片上滴下不同的水滴。
固定不變的是 : 水滴大小為 0.02 ㏄、選擇A鐵片，傾斜角為 5 度角
爬升速率大小依序為：食鹽水＞蒸餾水＞紅墨水。而表面張力大小依序為：食鹽水＞蒸餾水＞紅墨水。
●實驗四 : 三種不同的爬升角度。
固定不變的是 : 使用 A 鐵片、使用蒸餾水、液滴約為 0.04c.c.
水滴的爬升 速率隨著角度變大而變快。
●實驗四 : 觀察水滴爬升的情況
從實驗推測出使水滴往上爬的有兩個力量：
●蒸氣壓所造成的力量。
水滴和很熱的金屬鐵片接觸時會瞬間產生水蒸氣，此水蒸氣會讓水滴與鋸齒狀金屬面瞬間分離。所以，水滴與金屬表面因為蒸氣層的產生，使得兩者瞬間分離的結果，而造成一個力量，此力量即是讓水滴向上爬升的一個力道。
●作用力與反作用力。
水滴受熱後會向下產生水蒸氣，此水蒸氣會施與水滴一股向上的 反作用力，這就如同火箭升空的情形。
數據分析與結論
當鋸齒狀鐵片上升到400度的時候，水滴在上方便能結成珠狀，並且會往上爬升。爬升速率將受到液滴的表面張力所影響。表面張力較大者，爬升速率較快，爬上12度傾斜角的坡度最快。我們認為有兩個可能力量造成水滴向上爬升：第一、蒸氣壓所造成的力量。第二、作用力與反作用力，如火箭升空的原理。
以下是評審給的評語
【X博士評語】
溫度越高，水蒸發的速度就越慢? 相信做過飯的人都見過這種現象，當鐵鍋燒乾後，往鍋裡淋點水滴，有時水滴會“哧啦”一聲不見了，有時水滴卻會在鍋裡跳“霹靂舞”。這是怎麼回事呢？原因是因為當水滴接觸到高溫的鐵板，立即有水分子汽化成一層蒸氣膜，降低傳熱速率，而形成穩定水珠。另外，因為表面張力的原因，水珠可以變化出各式各樣的圖形，實在是一個很有趣的作品。
🔥🔥專業科展線上課程🔥🔥
科展免費分享內容
科展秘笈系列影片
科展Podcast
【科展秘笈-研究攻略】
孩子的科學遊戲：53個在家就能玩的科學實驗全圖解
https://www.books.com.tw/products/0010758522
科學X博士
粉絲頁：https://www.facebook.com/doctorx9000/
官網網址：https://doctorx9000.com/
IG：https://www.instagram.com/doctorx9000/
LINE官方帳號：https://line.me/R/ti/p/%40doctorx9000
合作連絡：doctorx9000@gmail.com
