据说古希腊博学家阿基米德就是在浴缸里解决了浮力之谜。即使这个故事是虚构的,他的原理却是真实的:如果一个物体的重量小于它所排开水的重量,它就不会下沉。
就连混凝土也能漂浮。材料科学家约瑟夫-路易斯·兰博特在 1855 年的世界博览会上展出了一艘混凝土驳船。为了在第二次世界大战期间节约钢材,美国制造了 24 艘混凝土船。如今,大学队伍每年都会参加混凝土独木舟比赛,驾驶着定制的船只。例如,威斯康星大学麦迪逊分校的一个团队就使用了掺有微小充气玻璃球的混凝土,建造了一艘长 20 英尺、可搭载四名船员的船只。
但建造石船并非工程师的专利。麦迪逊分校的团队和加州大学伯克利分校的团队协助为《大众科学》杂志设计了这项迷你船项目。您只需要去一家家居用品商店,找一个安全的地方试航——万一您的手艺不行,呃,沉船了呢。
材质
1. 10 磅装 1 型波特兰水泥
2. 20 磅装沙子
3. ½ 加仑水
4. 独轮手推车(或大型坚固容器)
5. 两英尺长、3 英寸宽、1.65 英寸厚的聚苯乙烯泡沫保温板
6. 美工刀
7. 砂纸
8. 保鲜膜
9. 吹风机
10. 一张 3 英尺长、5 英寸宽、¼ 英寸厚的胶合板
11. 不粘硅喷雾
12. 聚氨酯胶
说明
(A) 绘制:将聚苯乙烯泡沫的最大平面放在一个平坦的表面上。在泡沫上画一个椭圆形的蛋形——这将成为您的独木舟的内模。
(B) 雕刻:用美工刀将形状从泡沫上切割下来。然后,通过每次从边缘削去约 ⅛ 英寸来使泡沫的一侧变圆。打磨至光滑。
(C) 包裹:用两层保鲜膜包裹模具。用吹风机加热收缩塑料,使其紧贴泡沫。
(D) 粘合:将胶合板锯成适合模具的尺寸。接下来,在雕刻好的泡沫的平面上涂抹聚氨酯胶,然后将有胶的一面朝下放在胶合板上。按压直到干燥,约两分钟。在露出的胶合板上喷上硅喷雾。
(E) 浇注:在独轮手推车中混合水泥和沙子。充分搅拌,加入水,搅拌至均匀。慢慢将混凝土浇在模具上,当达到所需的厚度(最大 ¼ 英寸)时停止。让其干燥 21 天,然后打磨至光滑。
(F) 试航:您的混凝土独木舟应该能排开比自身质量更多的水。试航,让阿基米德感到骄傲。
时间:制作 1 小时,固化 3 周
成本:约 50 美元
难度:5 分之 2
警告:请佩戴适当的安全装备,包括手套、口罩和防护眼镜。水泥具有刺激性,加热的塑料会烫伤皮肤,美工刀很锋利——请小心!
本文最初发表于 2013 年 10 月的《大众科学》杂志。