Содержание
Почему лёд не тонет в воде?
В том, что лёд плавает на воде, никто не сомневается; каждый это видел сотни раз и на пруду, и на реке.
Но многие ли задумывались над таким вопросом: все ли твёрдые вещества ведут себя так же, как лёд, то есть плавают в жидкостях, образовавшихся при их плавлении?
Расплавьте в банке парафин или воск и бросьте в эту жидкость ещё кусочек того же твёрдого вещества, он тотчас же потонет. То же произойдёт и со свинцом:, и с оловом, и со многими другими веществами. Оказывается, как правило, твёрдые тела всегда тонут в жидкостях, которые образуются при их плавлении.
Обращаясь чаще всего с водой, мы так привыкли к обратному явлению, что нередко забываем это характерное для всех других веществ свойство. Надо помнить, что вода в этом отношении представляет редкое исключение. Только металл висмут и чугун ведут себя так же, как и вода.
Если бы лёд был тяжелее воды и не удерживался бы на её поверхности, а тонул, то даже в глубоких водоёмах вода замерзала бы зимой целиком.
В самом: деле, падающий на дно пруда лёд вытеснял бы нижние слои воды вверх, и это происходило бы до тех пор, пока вся вода не превратилась в лёд.
Однако при замерзании воды происходит совсем обратная картина. В тот момент, когда вода превращается в лёд, объём её внезапно увеличивается примерно на 10 процентов, и лёд оказывается менее плотным, чем вода. Поэтому-то он и плавает в воде, как плавает любое тело в жидкости, имеющей большую плотность: железный гвоздь в ртути, пробка в масле и т. д. Если считать плотность воды равной единице, то плотность льда будет составлять только 0,91. Эта цифра позволяет нам узнать толщину плывущей по воде льдины. Если высота льдины над водой равна, например, 2 сантиметрам, то мы можем заключить, что подводный слой льдины в 9 раз толще, то есть равен 18 сантиметрам, а вся льдина имеет 20 сантиметров толщины.
В морях и океанах встречаются иногда огромные ледяные горы — айсберги (рис. 4). Это сползшие с полярных гор и унесённые течением и ветром в открытое море ледники.
Высота их может достигать 200 метров, а объём — нескольких миллионов кубических метров. Девять десятых всей массы айсберга спрятаны под водой. Поэтому встреча с ним весьма опасна. Если судно во-время не заметит движущегося ледяного гиганта, оно может при столкновении получить серьёзные повреждения или даже погибнуть.
Внезапное увеличение объёма при переходе жидкой коды в лёд представляет важную особенность воды. С этой особенностью приходится часто считаться в практической жизни. Если оставить бочку с водой на морозе, то вода, замёрзнув, разорвёт бочку. По этой же причине нельзя оставлять воду в радиаторе автомобиля, стоящего в холодном гараже. В сильные морозы нужно опасаться малейшего перерыва в подаче тёплой воды по трубам водяного отопления: вода, остановившаяся в наружной трубе, может быстро замёрзнуть, и тогда труба лопнет.
Замерзая в трещинах скал, вода нередко является причиной горных обвалов.
Рассмотрим теперь один опыт, который имеет прямое отношение к расширению воды при нагревании.
Постановка этого опыта требует специального оборудования, и вряд ли кто из читателей может его воспроизвести в домашней обстановке. Да это и не является необходимостью; опыт легко себе представить, а его результаты мы постараемся подтвердить на хорошо знакомых для каждого примерах.
Возьмём очень крепкий металлический, лучше всего стальной цилиндр (рис. 5), насыплем на дно его немного дроби, наполним водой, укрепим крышку болтами и станем поворачивать винт. Так как вода сжимается очень мало, то долго крутить винт не придётся. Уже после нескольких оборотов давление внутри цилиндра поднимается до сотен атмосфер. Если теперь цилиндр охладить даже на 2—3 градуса ниже нуля, то вода в нём не замёрзнет. Но как в этом убедиться? Если открыть цилиндр, то при такой температуре и атмосферном давлении вода моментально превратится в лёд, и мы не будем знать, была ли она жидкой или твёрдой, когда находилась под давлением. Здесь нам помогут насыпанные дробинки. Когда цилиндр остужен, перевернём его вверх дном.
Если вода замёрзла, дробь будет лежать на дне, если не замёрзла, дробь соберётся у крышки. Открутим винт. Давление упадёт, и вода обязательно замёрзнет. Сняв крышку, мы убеждаемся, что вся дробь собралась около крышки. Значит, действительно вода, находящаяся под давлением, не замерзала при температуре ниже нуля.
Опыт показывает, что температура замерзания воды с увеличением давления понижается примерно на один градус на каждые 130 атмосфер.
Если бы мы стали строить свои рассуждения на основании наблюдений над множеством других веществ, то должны были бы прийти к обратному выводу. Давление обычно помогает жидкостям затвердевать: под давлением жидкости замерзают при более высокой температуре, и удивляться тут нечему, если вспомнить, что большинство веществ при застывании уменьшается в объёме. Давление вызывает уменьшение объёма и этим облегчает переход жидкости в твёрдое состояние. Вода же при застывании, как мы уже знаем, не уменьшается в объёме, а наоборот, расширяется. Поэтому-то давление, препятствуя расширению воды, понижает температуру её замерзания.
Известно, что в океанах на больших глубинах температура воды ниже нуля градусов, и тем не менее вода на этих глубинах не замерзает. Объясняется это давлением, которое создают верхние слои воды. Слой воды толщиной в один километр давит с силой около ста атмосфер.
Будь вода нормальной жидкостью, мы вряд ли бы испытывали удовольствие от катанья на коньках по льду. Это было бы то же самое, что и катанье по совершенно гладкому стеклу. Коньки не скользят по стеклу. Совсем другое дело на льду. Кататься на коньках по льду очень легко. Почему? Под тяжестью нашего тела тонкое лезвие конька производит на лёд довольно сильное давление, и лёд под коньком тает; образуется тонкая плёнка воды, которая служит превосходной смазкой.
Экспериментирование с водой
Прозрачность воды
Перед ребенком стоят два прозрачных стаканчика: один с водой, другой – с молоком. В оба стаканчика положить ложечки или палочки. В каком из стаканчиков они видны, а в каком – нет? Почему? Перед нами молоко и вода, в стаканчике с водой мы видим ложку, а в стаканчике с молоком – нет.
Вывод: вода прозрачная, а молоко – нет.
Лед – это твердая вода
Принесите сосульки в помещение, поместив каждую в отдельную емкость, чтобы каждый ребенок наблюдал за своей сосулькой. Если опыт проводится в теплое время года, сделайте кубики льда, заморозив воду в холодильнике. Вместо сосулек можно взять шарики из снега.
Дети должны следить за состоянием сосулек и кубиков льда в теплом помещении. Обращайте их внимание на то, как постепенно уменьшаются сосульки и кубики льда. Что с ними происходит? Возьмите одну большую сосульку и несколько маленьких. Следите, какая из них растает быстрее.
Важно, чтобы дети обратили внимание на то, что отличающиеся по величине куски льда растают за разные промежутки времени. Вывод: лед, снег – это тоже вода.
Вода – жидкая, течет
Дайте детям два стаканчика – один с водой, другой – пустой, и предложите аккуратно перелить воду из одного в другой. Льется вода? Почему? Потому что она жидкая.
Если бы вода не была жидкой, то она не смогла бы течь в реках и ручейках, не текла бы из крана.
Для того, чтобы дети лучше поняли, что такое «жидкая», предложите им вспомнить, что кисель бывает жидким и густым. Если кисель течет, мы можем его перелить из стакана в стакан, и мы говорим, что он жидкий. Если же мы не можем его перелить из стакана в стакан, потому что он не течет, а вываливается кусками, то мы говорим, что кисель густой. Поскольку вода жидкая, может течь, ее называют жидкостью.
Лед легче воды
Опустить кусочек льда в стакан, до краев наполненный водой. Лед растает, но вода не перельется через край.
Вывод: Вода, в которую превратился лед, занимает меньше места, чем лед, то есть она тяжелее.
Вода не имеет формы
Предложите детям рассмотреть кусочек льда (лед – это твердая вода). Какой формы этот кусочек льда? Изменит ли он свою форму, если мы опустим его в стакан, в миску, положим на стол или на ладошку? Нет, в любом месте он остается кубиком (до тех пор, пока не растает).
А жидкая вода?
Пусть ребята нальют воду в кувшин, тарелку, стакан, на поверхность стола. Что происходит? Вода принимает форму того предмета, в котором находится, а на ровном месте расползается лужицей. Значит, жидкая вода не имеет формы. Опыт можно дополнить следующими наблюдениями: кубик льда, имеющий форму, при таянии превращается жидкость и растекается по поверхности блюдца.
Горячая, теплая, холодная вода
Дайте детям стаканчики с водой разной температуры. Пусть они пальчиком попробуют и определят, в каком стаканчике вода самая холодная, самая теплая.
В реках, озерах, морях вода разной температуры: и теплая, и холодная. Некоторые рыбы, звери, растения, улитки могут жить только в теплой воде, другие – только в холодной. В холодных морях, реках живет меньше разных животных. В природе есть такие необычные места, где очень горячая вода выходит из-под земли на поверхность. Это гейзеры. От них, как и от термоса с горячей водой, тоже идет пар.
В водоемах вода бывает разной температуры, а значит, в них живут разные растения и животные.
У воды нет вкуса
Предложите детям попробовать через соломинку воду.
Вопрос: есть ли у нее вкус?
Очень часто дети убежденно говорят, что вода очень вкусная. Дайте им для сравнения попробовать молоко или сок. Если они не убедились, пусть еще раз попробуют воду. Вы должны доказать им, что у воды нет вкуса. Дело в том, что дети часто слышат от взрослых (в том числе в детском саду), что вода очень вкусная. У них формируется свой действующий стереотип, представление. Объясните, что когда человек очень хочет пить, то с удовольствием пьет воду, и, чтобы выразить свое удовольствие, говорит: «Какая вкусная вода!», хотя на самом деле ее вкус не чувствует.
А вот морская вода на вкус соленая, потому что в ней много разных солей. Ее человек не может пить.
Встреча с ручейком
Сделайте небольшой желобок, похожий на русло ручейка. Положите его наклонно, приложив нижний конец к блюду или мисочке. Верхний конец желобка укрепите на какой-нибудь подставке так, чтобы он держался и не падал.
В результате у вас должна получиться модель наклонного русла ручейка и пруда или озера. Возьмите емкость с водой примерно на 1 литр. Наклоните ее над желобком и лейте воду небольшой струйкой. Чтобы вода напоминала ручей, положите немного мелких камешков, создавая преграду для воды. Так вы сможете добиться эффекта журчащих струек.
Капельки
Из бутылочки на блюдце капните несколько капель воды. Капельницу держите достаточно высоко от блюдца, чтобы дети увидели, какой формы появляется капля из горлышка и как она падает.
Превращение в воду
Приносим с улицы ведерко со снегом. Вспоминаем превращение снега на холоде и в тепле. На улице мороз, в комнате тепло. Снег тает – его становится меньше, а воды больше. Вода вначале холодная, а через некоторое время теплеет. Снег, лед, сосульки тают в комнате от тепла, превращаются в воду.
Чем пахнет вода
Предложить детям два стакана воды – чистую и с каплей валерианы.
Вода начинает пахнуть тем веществом, которое в нее положено.
Тонет, не тонет
Для опыта необходима ванночка или таз с водой, различные по весу предметы. Опустить в воду предметы по очереди. Что произошло? Некоторые предметы утонули, а некоторые всплыли. Это зависит от веса предмета. Вода выталкивает более легкие предметы.
Вода и лед весят одинаково?
Как организмы, живущие на планете, большей частью покрытой водой, мы часто воспринимаем это как должное. Вода, пожалуй, самый важный ингредиент для всех форм жизни на Земле, и ни один организм не может выжить без нее. Вода не только необходима всем живым существам, но и состоит из самых уникальных молекул в космосе. Интересно, что вода — единственная неметаллическая жидкость, плотность которой уменьшается при понижении температуры. Это свойство создает различия между водой в ее жидкой форме и твердой форме. Возникает простой, но глубокий вопрос: одинаков ли вес воды и льда?
Плотность воды и льда
Инфографика, объясняющая, почему лед плавает в воде
Представьте, что у вас есть ведро, в котором содержится один фунт воды.
Если бы вы заморозили всю воду в этом ведре, вес воды изменился бы или остался прежним? Согласно закону сохранения массы, после замерзания воды останется один фунт воды, так как вода не создавалась и не уничтожалась. Все, что произошло, — это переход из жидкого состояния в твердое. Таким образом, вес точно не изменится.
Однако лед менее плотный, чем жидкая вода, и это свойство уникально для воды. Более низкая плотность означает, что лед плавает, если его поместить в жидкую воду. Когда вода замерзает, она занимает больше места, чем в жидкой форме, потому что ее молекулы расширяются. Следовательно, если у нас есть 1 литр льда и 1 литр воды, вода будет весить больше, потому что она плотнее.
Как плотность воды влияет на жизнь
Озеро Байкал в России с замерзшими слоями наверху из-за холодных зимних температур
Уникальное свойство воды быть менее плотным в твердом состоянии сильно влияет на жизнь на Земле.
Например, зимой замерзшая вода не тонет; он образует слой льда поверх жидкой воды. Это позволяет водоемам поддерживать стабильную температуру в течение всего года подо льдом.
Если бы лед имел плотность большую или равную плотности жидкой воды, озера, реки, ручьи и даже океаны замерзли бы насквозь. Это потому, что каждый раз, когда верхний слой замерзает, он тонет. В конце концов, вся вода превратится в лед. Это сделало бы жизнь в океанах практически невозможной, а жизнь на Земле, вероятно, не существовала бы. К счастью, лед плавает, и в результате жизнь может процветать.
Разница в плотности жидкой воды и плотности льда — свойство воды, которое часто упускают из виду. Это то, о чем большинство из нас не думает дважды. В следующий раз, когда вы обнаружите, что смотрите на замерзшее озеро или просто кладете кубики льда в напиток, подумайте о том, что плотность этого льда является одной из причин существования нас и всех других форм жизни.
Эйдан Ремпл 24 апреля 2022 г. в науке
Лед тяжелее воды [Совет эксперта!]
Барри Костелло
Вода — это вещество, которое легче льда. Это означает, что если положить лед на поверхность воды, он будет плавать. Когда лед помещается поверх воды, количество вытесняемой воды больше, чем количество вытесняемого льда. Это потому, что вода — жидкость, а лед — твердое тело.
Эти вещи нужно знать
Плотность воды меньше, чем у льда, поэтому лед плавает поверх воды.
Является ли 100 г льда тем же, что и 100 г воды
Лед менее плотный, чем вода, потому что он имеет более твердую структуру. Это означает, что лед занимает больше места, чем молекулы жидкой воды. Вот почему кубики льда толще и тяжелее кувшинов с водой.
Лед легче воды
Мы с женой обсуждали, почему лед плавает на поверхности воды. Вода тяжелее льда, поэтому она вытесняет лед, заставляя его плавать сверху. Вот почему кубики льда плавают в стакане с водой – поскольку кубики льда легче воды, они поднимаются наверх.
Сколько воды в 1 кг льда
Лед состоит из маленьких кусочков воды. Когда вы дробите лед, он распадается на эти маленькие кусочки. Чтобы рассчитать, сколько воды в 1 кг льда, берем вес льда и делим его на количество кусочков в 1 кг. Итак, в 1 кг льда содержится 2 литра воды.
Занимает ли лед тот же объем, что и вода
Обледенение стакана воды — отличный способ сохранить ее холодной в жаркий день.
Но как насчет мороженого?
Мороженое — это вкусное лакомство, которое нравится большинству людей. Но сколько мороженого нужно, чтобы заполнить чашку? Если положить шарик мороженого в чашку и наполнить ее мороженым, чашка наполнится примерно тремя шариками. Это потому, что мороженое занимает примерно тот же объем, что и вода.
Что будет весить больше 1 литра льда или воды
Некоторые говорят, что лед плотнее воды. Это потому, что при замерзании лед расширяется. Это означает, что литр льда будет весить больше, чем литр воды.
Замороженное тяжелее размороженного
Когда мясо заморожено, оно окружено слоем льда. Этот слой льда не дает мясу намокнуть, в результате чего вода и жидкости внутри мяса замерзают. Когда мясо размораживается, вода и жидкости внутри него начинают просачиваться. Это приводит к тому, что мясо становится легче, и в результате замороженное мясо обычно весит больше, чем размороженное.
Весит ли лед столько же, сколько тает
Когда вода замерзает, она переходит из жидкого состояния в твердое. Это изменение состояния вещества не меняет вес или массу воды. Точно так же, когда лед тает, он переходит из твердого состояния в жидкое. Это изменение состояния вещества также не меняет вес или массу льда.
Сколько воды в глыбе льда
Лед, как и все молекулы воды, имеет объем. Чтобы узнать, сколько воды содержится в глыбе льда, нужно использовать отношение объема льда к объему жидкой воды. Это отношение равно 0,92, поэтому, умножив объем льда на 0,92, мы получим количество жидкой воды в глыбе льда. Обратите внимание, что раньше мы могли просто рассчитать это количество, используя отношение объема льда к объему жидкой воды.
Сколько кубиков льда равно стакану воды
1/2 стакана воды состоит из 3 кубиков льда.
1 стакан воды состоит из 4 кубиков льда.
2 стакана воды состоят из 6 кубиков льда.
3 стакана воды состоят из 8 кубиков льда.
Объем льда больше воды
Я шел домой из школы. Светило солнце, и температура была теплой. Я был одет в рубашку и шорты. Я шел по тротуару, а на земле лежал снег. Я увидел большую дыру во льду. Я подошел к проруби и увидел, что вода очень холодная. Я опустил руку в воду, и мне стало очень холодно. Вода была такой холодной, что у меня замерзла рука. Вода тоже была очень глубокой. Вода была такой глубокой, что я не мог видеть дна ямы. Вода была такой глубокой, что я не мог видеть верхушку льда.
Почему вода такая тяжелая
Вода очень тяжелая, потому что в ней больше молекул. Молекулы — это крошечные объекты, из которых состоит все в мире. Для воды существует около 18 атомов водорода и 18 атомов кислорода. Это означает, что в воде много молекул. Каждая молекула очень плотно упакована, что делает воду очень тяжелой.
Кроме того, вода может замерзнуть и превратиться в лед. Когда лед замерзает, многие молекулы воды заперты во льду. Это означает, что в замерзшей воде молекул воды намного меньше, что делает ее еще тяжелее.
Сколько весит 1 галлон воды
Вода играет очень важную роль в нашей жизни. Он увлажняет нас и помогает нам оставаться здоровыми. Галлон воды весит около 8,34 фунта. Это означает, что его легко носить с собой и хранить.
Что тяжелее: галлон молока или воды
Молоко представляет собой густую жидкость, примерно на 87% состоящую из воды. Вода — самое распространенное вещество в мире, из которого состоят океаны и атмосфера Земли. Когда молоко наливается в контейнер, молекулы воды движутся вокруг молока и создают более плотную жидкость. Молоко тяжелее воды, потому что в нем больше молекул воды.
