Чому крига плаває у воді. Чому лід не тоне у воді. Проводимо досвід над силою розширення води

В океані дрейфують полярні крижані брили та айсберги, і навіть у напоях лід ніколи не опускається на дно. Можна зробити висновок, що крига не тоне у воді. Чому? Якщо подумати про це, то це питання може здатися трохи дивним, тому що крига тверда і — інтуїтивно — має бути важчою за рідину. Хоча це твердження є справедливим для більшості речовин, вода є винятком з правила. Воду та лід відрізняють водневі зв'язки, які у твердому стані роблять лід легшим, ніж коли він перебуває у рідкому стані.

Питання наукове: чому крига не тоне у воді

Уявімо, що ми знаходимося на уроці під назвою « Навколишній світ» у 3 класі. «Чому крига не тоне у воді?», — питає вчителька у дітей. І малюки, не маючи глибоких знань у фізиці, починають міркувати. "Можливо, це магія?" - Заявляє один із дітей.

Справді, крига вкрай незвичайна. Практично немає жодних інших природних речовин, які у твердому стані могли б плавати на поверхні рідини. Це одна з властивостей, яка робить воду такою незвичайною речовиною і, якщо зізнатися, саме вона змінює шляхи еволюції планет.

Існують деякі планети, які містять величезну кількість таких рідких вуглеводнів, як, наприклад, аміак, проте при замерзанні цей матеріал опускається на дно. Причина того, чому крига не тоне у воді, полягає в тому, що при замерзанні вода розширюється, і разом з цим знижується її щільність. Цікаво, що розширення льоду може розбити каміння - настільки незвичайний процес заледеніння води.

Говорячи науковою мовою, у процесі замерзання встановлюються швидкі цикли вивітрювання та певні хімічні речовини, що виділяються на поверхні, здатні розчиняти мінерали. В цілому, із замерзанням води пов'язані такі процеси та можливості, яких Фізичні властивостіінших рідин не припускають.

Щільність льоду та води

Таким чином, відповідь на питання про те, чому крига не тоне у воді, а плаває на поверхні, полягає в тому, що вона має нижчу щільність, ніж рідина, але це відповідь першого рівня. Для кращого розуміння потрібно знати, чому у льоду низька щільність, чому речі спливають насамперед, як щільність призводить до плавання.

Згадаймо грецького генія Архімеда, який з'ясував, що після занурення певного предмета у воду об'єм води збільшується на число, що дорівнює обсягу об'єкта, що занурюється. Іншими словами, якщо ви покладете глибоке блюдо на поверхню води, а потім помістіть у нього важкий предмет, то об'єм води, який наллється у блюдо, буде точно рівний об'єму об'єкта. Немає значення, об'єкт занурюється повністю або частково.

Властивості води

Вода — це дивовижна речовина, яка переважно живить життя на землі, адже кожен живий організм потребує її. Однією з найважливіших властивостей води є те, що вона має найвищу щільність при температурі 4 °C. Так, гаряча вода чи лід менш щільними, ніж холодна вода. Менш щільні речовини плавають поверх щільніших речовин.

Наприклад, під час приготування салату, можна помітити, що масло знаходиться на поверхні оцту - це можна пояснити тим, що воно має меншу щільність. Цей же закон є дійсним і для пояснення того, чому у воді крига не тоне, а в бензині та гасі — тоне. Просто ці дві речовини мають меншу, ніж у льоду, щільність. Так, якщо ви запустите в басейн надувний м'ячик, він плаватиме на поверхні, якщо ж ви кинете у воду камінь - він опуститься на дно.

Які зміни відбуваються з водою під час замерзання

Причина того, чому крига не тоне у воді, пов'язана з водневими зв'язками, які змінюються при замерзанні води. Як відомо, вода складається з одного атома кисню та двох атомів водню. Вони прикріплені ковалентними зв'язками, які неймовірно сильні. Однак інший тип зв'язку, який утворюється між різними молекулами, званий водневим зв'язком, слабший. Ці зв'язки утворюються оскільки позитивно заряджені атоми водню притягуються негативно зарядженими атомами кисню сусідніх молекул води.

Коли вода тепла, молекули дуже активні, багато переміщаються, швидко утворюють та розкладають зв'язки з іншими молекулами води. Вони мають енергію, щоб наближатися один до одного і рухатися швидко. Отже, чому крига не тоне у воді? Хімія приховує відповідь.

Фізико-хімія льоду

У міру того, як температура води опускається нижче 4 °C, кінетична енергіярідини зменшується, тому молекули більше не переміщуються. У них немає енергії для переміщення і такої ж легкої, як за високої температури, розриву та формування зв'язків. Натомість вони утворюють більше водневих зв'язків з іншими молекулами води з утворенням гексагональних структур решітки.

Вони утворюють ці структури, щоб підтримувати негативно заряджені молекули кисню друг від друга. У середині шестикутників, що утворюються в результаті діяльності молекул, багато порожнечі.

Крига тоне у воді — причини

Лід фактично на 9% менш щільний, ніж рідка вода. Тому крига займає більше місця, ніж вода. Практично це має сенс, тому що крига розширюється. Ось чому не рекомендують заморожувати скляну пляшку води – заморожена вода може створювати великі тріщини навіть у бетоні. Якщо у вас є літрова пляшка льоду та літрова пляшка води, тоді пляшка з крижаною водою буде легшою. Молекули знаходяться далі один від одного в цій точці, ніж коли речовина знаходиться в рідкому стані. Ось чому крига не тоне у воді.

Коли крига тане, стабільна кристалічна структура руйнується і стає щільнішою. Коли вода прогрівається до 4 °C, вона отримує енергію і молекули рухаються швидше і далі. Саме з цієї причини гаряча вода займає більше місця, ніж холодна вода, і плаває поверх холодної води - вона має меншу щільність. Згадайте, коли ви перебуваєте на озері, під час купання верхній шар води завжди приємний і теплий, проте коли ви опускаєте свої ноги глибше, відчуваєте холод нижнього шару.

Значення процесу замерзання води у функціонуванні планети

Незважаючи на те, що питання «Чому лід не тоне у воді?» для 3 класу дуже важливо розуміти, чому цей процес відбувається і яке має значення для планети. Так, плавучість льоду має важливі наслідки життя на Землі. Озера замерзають узимку в холодних місцях - це дозволяє рибі та іншим водним тваринам виживати під крижаним покривалом. Якби замерзло дно, то висока ймовірність того, що все озеро могло бути заморожене.

У таких умовах живими не залишилося б жодного організму.

Якби щільність льоду була вищою за щільність води, то в океанах лід би опустився, і крижані шапки, які в такому разі знаходилися б на дні, не дозволили б комусь там жити. На дні океану було б повно льоду — і на що це все перетворилося б? До того ж, полярний лід важливий, оскільки він відбиває світло і оберігає планету Земля від надмірного перегрівання.

Питання наукове: чому крига не тоне у воді

Уявимо, що ми знаходимося на уроці під назвою «Навколишній світ» у 3 класі. «Чому крига не тоне у воді?», — питає вчителька у дітей. І малюки, не маючи глибоких знань у фізиці, починають міркувати. "Можливо, це магія?" - Заявляє один із дітей.

Говорячи науковою мовою, у процесі замерзання встановлюються швидкі цикли вивітрювання та певні хімічні речовини, що виділяються на поверхні, здатні розчиняти мінерали. В цілому, із замерзанням води пов'язані такі процеси та можливості, яких фізичні властивості інших рідин не припускають.

Щільність льоду та води

Властивості води

Які зміни відбуваються з водою під час замерзання

Причина того, чому крига не тоне у воді, пов'язана з водневими зв'язками, які змінюються при замерзанні води. Як відомо, вода складається з одного атома кисню та двох атомів водню. Вони прикріплені ковалентними зв'язками, які надзвичайно сильні. Однак інший тип зв'язку, який утворюється між різними молекулами, званий водневим зв'язком, слабший. Ці зв'язки утворюються оскільки позитивно заряджені атоми водню притягуються негативно зарядженими атомами кисню сусідніх молекул води.

Фізико-хімія льоду

У міру того, як температура води опускається нижче за 4 °C, кінетична енергія рідини зменшується, тому молекули більше не переміщуються. У них немає енергії для переміщення і такої ж легкої, як за високої температури, розриву та формування зв'язків. Натомість вони утворюють більше водневих зв'язків з іншими молекулами води з утворенням гексагональних структур решітки.

Крига тоне у воді — причини

Значення процесу у функціонуванні планети

Незважаючи на те, що питання «Чому лід не тоне у воді?» Для 3 класу дуже важливо розуміти, чому цей процес відбувається і яке має значення для планети. Так, плавучість льоду має важливі наслідки життя на Землі. взимку в холодних місцях - це дозволяє рибі та іншим водним тваринам виживати під крижаним покривалом. Якби замерзло дно, то висока ймовірність того, що все озеро могло бути заморожене.

У таких умовах живими не залишилося б жодного організму.

Чому лід плаває у воді? Чому вода здатна розчиняти багато різних речовин? Чому рушник здатний вбирати воду знизу нагору, всупереч законам тяжіння? Якщо припустити, що вода прийшла до нас з іншого світу, ці та інші загадки, що оточують воду, видадуться менш складними для розуміння.

Якби вода поводилася як всі інші речовини на землі, не було б нас із вами.

Вода — це таке просте, що ми рідко думаємо про неї. Однак, немає нічого загадковішого, ніж проста вода. Найбільша загадка води: чому крига плаває. Будь-яка інша речовина, переходячи з рідкого стануу тверде, стає важчим, оскільки щільність речовини зростає.

Вода, переходячи з рідкого стану в тверде, навпаки, стає легшою.

У структурі льоду частинки води розташовуються дуже впорядковано з великою кількістю вільного простору між частинками. Об'єм льоду більший за об'єм води, з якого він утворився. Об'єм більший, щільність менша — лід легший за воду, тому у воді він не тоне. Величезні брили льоду, айсберги — не тонуть у воді.

Коли лід знову перетворюється на воду, частинки стають у сотні тисяч разів активнішими, а вільний простір заповнюється.

Рідка форма води більш щільна та важка, ніж тверда форма. Найважчою вода стає за температури + 4°С. У міру підвищення температури частинки води стають активнішими, що призводить до зменшення її щільності.

Якою б холодною зима не стояла над водоймою, температура води біля дна стала: +4°С. Все, що живе на дні, може пережити довгі зими під льодом. Лід легший за воду. Своїм панцирем на поверхні води він захищає дно водоймища від промерзання.

Кожен із нас спостерігав, як навесні на річці плавають крижані пластини. Але чому ж вони не тонуть? Що тримає їх на водній гладі?

Складається враження, що незважаючи на їхню вагу, щось просто не дає їм опуститися вниз. Суть цього загадкового явища і збираюся розкрити.

Чому ж лід не тоне

Вся справа в тому, що вода дуже незвичайна речовина. Вона має дивовижними властивостями, які ми часом просто не помічаємо.

Як відомо, майже всі речі у світі розширюються при нагріванні та звужуються при охолодженні. Це правило поширюється і на воду, але з одним цікавим зауваженням: при охолодженні від +4 ° С до 0 ° С вода починає розширюватися. Цим пояснюється низька щільність крижаних мас. Розширена від явища вище вода стає легше тієї, у якій перебуває, і починає дрейфувати її поверхні.

Чим небезпечний такий лід

Описане вище явище часто зустрічається у природі та побуті. Але якщо почати забувати про нього, воно може стати джерелом багатьох проблем. Наприклад:

взимку від змерзлої води можуть луснути водопровідні труби;

ця ж вода, замерзаючи в гірських тріщинах, сприяє руйнування порідвикликаючи гірські обвали;
не можна забувати зливати воду з автомобільного радіаторащоб уникнути вищеописаних ситуацій.

Але є й позитивні моменти. Адже якби вода не мала таких дивних властивостей, то не було б такого виду спорту, як катання на ковзанах. Під вагою тіла людини лезо у коника так сильно тисне на лід, що той просто тане, створюючи водяну плівку, ідеальну для ковзання.

Вода в океанічних глибинах

Ще одним цікавим моментом є те, що навіть незважаючи на нульову температуру в океанічних (або морських) глибинах, вода там не замерзає, не стає крижаною брилою. Чому це відбувається? Тут вся справа в тиску, що надають верхні водні шари.

Взагалі тиск сприяє затвердінню різних рідин. Воно викликає скорочення обсягу тіла, значно полегшуючи її перехід у твердий стан. Але вода при замерзанні не зменшується обсягами, а навпаки, збільшується. І тому тиск, перешкоджаючи водному розширенню, знижує температуру її замерзання.

Це все, що я можу розповісти про це цікаве явище. Сподіваюся, ви дізналися для себе щось нове. Успіхів у подорожах!

Муніципальна загальноосвітня автономна установа

середня загальноосвітня школас. Василівки

Дослідницька робота

Чому лід не тоне у воді?

Учениці 3 «б» класу

Білогубової Софії

Керівник: Клименко

Людмила Сергіївна,

вчительIкваліфікаційної

Зміст роботи.

1. Введення……………………………………………………………. 3

2.Основна частина:……………………………………………………...4-6

2.1. Чому ж предмети плавають?............................................. .....

2.2. Давньогрецький вчений Архімед……………………………………

2.3. Закон Архімеда………………………………………………………….

2.4. Експерименти…………………………………………………………..

2.5. Важлива особливість води…………………………………………...

3. Висновок………………………………………………………….7

4. Список літератури…………………………………………………8

5. Додатки…………………………………………………………9-10

Вступ.

У вогні не горить,

У воді не тоне.

Актуальність теми

Чому одні речовини тонуть у воді, інші ні? Розуміння законів плавучості дозволяє інженерам будувати кораблі з металів, що плавають і не тонуть.

У тому, що крига плаває на воді, ніхто не сумнівається; кожен це бачив сотні разів і на ставку, і на річці.

Але чому це відбувається?

Які ще предмети можуть триматися на воді?

Ось це я вирішила з'ясувати.

Поставила мету:

Визначити причини непотоплюваності льоду.

Визначила ряд завдань:

З'ясувати умови плавання тіл;

З'ясувати, чому не тоне лід;

Провести експеримент із вивчення плавучості.

Висунула гіпотезу:

Можливо, лід не тоне, тому що вода щільніша за льоду.

Методи дослідження:

Теоретичний аналіз літератури;

Метод спостереження;

практичний метод.

Практичний матеріал нагоді мені на уроках читання, навколишнього світу.

Основна частина

Якщо занурити тіло у воду, воно витіснить деяку кількість води. Тіло займає місце, де раніше була вода, і рівень води піднімається.

Якщо вірити легенді, давньогрецький вчений Архімед (287 - 212 е.), перебуваючи у ванні, здогадався, що занурене тіло витісняє рівний обсяг води. На середньовічній гравюрі зображено Архімед, який зробив своє відкриття. (Див. Додаток 1)

Сила, з якою вода виштовхує занурене у неї тіло, називається силою виштовхування.

Закон Архімеда говорить, що сила виштовхування дорівнює вазі рідини, витісненої зануреним до неї тілом. Якщо сила виштовхування менша за вагу тіла, то воно тоне, якщо вона дорівнює вазі тіла, воно плаває.

Експеримент №1 (див. Додаток 1)

Я вирішила побачити, як діє сила виштовхування, відзначила рівень води, опустила в посудину з водою пластилінову кульку на гумці. Після занурення рівень води піднявся, а довжина гумки зменшилась. Відзначила фломастер новий рівень води.

Висновок: З боку води на пластилінову кульку подіяла сила, спрямована вгору. Тому зменшилася довжина гумки, тобто. кулька, занурена у воду, стала легшою.

Потім зліпила з цієї ж пластиліну човен і обережно опустила його на воду. Як бачите, вода піднялася ще вищою. Човен витіснив більше води, ніж кулька, отже, і сила виштовхування більше.

Чари відбулися, тонучий матеріал плаває на поверхні! Ай та Архімед!

Щоб тіло не тонуло, його щільність повинна бути меншою за щільність води.

Не знаєте, що таке густина? Це маса однорідної речовини в одиниці об'єму.

Експеримент №2: (див. Додаток 2)

У склянку налила воду і поставила надвір. Коли вода змерзла, склянка лопнула. Поклала лід, що утворився, в ємність з холодною водою і побачила, що він плаває.

В іншій ємності добре посолила воду і розмішала до повного її розчинення. Взяла лід та повторила досвід. Лід плаває, і навіть краще, ніж у прісної водимало не наполовину виступаючи з води.

Все ясно! Кубик льоду плаває, тому що при замерзанні лід розширюється і стає легшим за воду. Щільність звичайної, рідкої води дещо більша, ніж щільність замерзлої води, тобто льоду. При збільшенні щільності рідини збільшується сила, що виштовхує.

Наукові факти:

1факт Архімед: на всяке тіло, занурене в рідину, діє сила, що виштовхує.

2 факт Михайло Ломоносов:

Лід не тоне тому, що має щільність - 920 кг\куб. А вода, щільніше -1000 кг куб.

Висновок:

Я знайшла 2 причини непотоплюваності льоду:

на всяке тіло, занурене у воду, діє сила, що виштовхує;

щільність льоду менша за щільність будь-якої води.

Спробуємо уявити, як виглядав би світ, якби вода мала нормальні властивості, і лід був би, як і належить будь-якій нормальній речовині, щільнішою за рідку воду. Взимку більш щільний лід, що намерзає зверху, тонув би у воді, безупинно опускаючись на дно водойми. Влітку лід, захищений товщею холодної води, не міг би розтанути.

Поступово всі озера, ставки, річки, струмки промерзли б націло, перетворившись на гігантські крижані брили. Зрештою, промерзли б моря, а за ними й океани. Наш прекрасний квітучий зелений світ став би

суцільною крижаною пустелею, подекуди покритою тонким шаром талої води. Однією з таких неповторних властивостей води є її здатність розширюватися під час замерзання. Адже всі речовини під час замерзання, тобто при переході з рідкого стану в твердий, стискуються, а вода навпаки – розширюється. Її обсяг при цьому зростає на 9%. Але коли на поверхні води утворюється лід, то він, перебуваючи між холодним повітрям та водою, перешкоджає подальшому охолодженню та промерзанню водойм. Ця незвичайна властивість води, до речі, має важливість і для утворення ґрунту в горах. Потрапляючи в невеликі тріщини, які завжди знайдуться в каменях, дощова вода при замерзанні розширюється і руйнує камінь. Так, поступово кам'яна поверхня стає здатною дати притулок рослинам, які своїм корінням довершують цей процес руйнування каменів і призводять до утворення на схилах гір грунту.

Лід завжди знаходиться на поверхні води і служить справжнім утеплювачем. Тобто вода під ним не так охолоджується, крижана шуба надійно захищає її від морозу. Тому рідка водойма промерзає взимку до дна, хоча при екстремальних температурах повітря це можливо.

Раптове збільшення обсягу при переході води в лід становить важливу особливістьводи. З цією особливістю доводиться часто зважати на практичне життя. Якщо залишити бочку з водою на морозі, то вода, змерзнувши, розірве бочку. З цієї ж причини не можна залишати воду в радіаторі автомобіля, що стоїть у холодному гаражі. У сильні морози треба побоюватися найменшої перерви у подачі теплої водипо трубах водяного опалення: вода, що зупинилася у зовнішній трубі, може швидко замерзнути, і тоді труба лусне.

Так, колода, яка б вона не була велика, у воді не тоне. Секрет цього явища в тому, що щільність дерева менша за щільність води.

Висновок.

Таким чином, зробивши велику роботу, я зрозуміла. Що моя гіпотеза, про те, чому крига не тоне, підтвердилася.

Причини непотоплюваності льоду:

1. Лід складається з кристалів води, між якими знаходиться повітря. Отже, щільність льоду менша за щільність води.

2. На лід з боку води діє сила, що виштовхує.

Якби вода була нормальною, а не унікальною рідиною, ми б не отримували задоволення від катання на ковзанах. Ми ж не катаємось по склу? Адже воно набагато гладше і привабливіше льоду. Але скло – такий матеріал, яким ковзани ковзати не будуть. А ось по льоду, навіть не дуже хорошої якостікататися на ковзанах одне задоволення. Ви запитаєте чому? Справа в тому, що вага нашого тіла тисне на дуже тонке лезо ковзана, яке чинить сильний тиск на лід. Внаслідок цього тиску від коника лід починає танути з утворенням тонкої плівки води, по якій коник чудово ковзає.

Список літератури

Дитяча енциклопедія "Я пізнаю світ".

Зедлаг У. «Дивне на планеті Земля».

Інтернет ресурси.

Рахманов А. І. «Явлення природи».

Енциклопедія "Світ природи".

Додаток 1