Zašto se led topi u vodi? Istraživački rad "Zašto led ne tone?" Kako djetetu objasniti složene fizičke procese

Dom Uopšte nas ne čude lebdeći ledeni blokovi početkom proljeća, kada se rezervoari počinju oslobađati zimske “odjeće” i otkrivaju ljepotu ljudskom pogledu svježa voda . Tako smo navikli na to prirodni fenomen

da o tome i ne razmišljamo i da se ne pitamo zašto se led ne topi? A ako razmislite o tome, ne sjećate se odmah primjera gdje čvrste tvari poput leda lebde u tekućinama koje nastaju kada se otape. Možete rastopiti parafin ili vosak u posudi i baciti komad iste supstance, samo u čvrstom stanju, u nastalu lokvicu. I šta vidimo? Vosak i parafin sigurno tonu u tečnosti koja nastaje kao rezultat njihovog topljenja. Zašto led ne tone u vodi?

Činjenica je da je voda u ovom primjeru vrlo rijedak i inherentno jedinstven izuzetak. U prirodi se samo metal i liveno gvožđe ponašaju slično komadu leda koji pluta na površini vode. Da je led teži od vode, sigurno bi potonuo pod vlastitom težinom i istovremeno izbacio vodu koja se nalazi u donjem dijelu rezervoara na površinu. Kao rezultat toga, cijeli rezervoar bi se smrznuo do samog dna! Međutim, kada se voda zamrzne, dolazi do potpuno drugačije situacije. Transformacija vode u led povećava njen volumen za otprilike 10% i to u ovom trenutku led ima manju gustinu od same vode

. Upravo iz tog razloga led pluta na površini vode i ne tone. Ista stvar se može primijetiti kada se papirni čamac, čija je gustoća mnogo puta manja od gustine vode, spusti na vodu. Da je čamac napravljen od drveta ili drugog materijala, sigurno bi potonuo. Ako uporedimo pokazatelje gustoće u brojevima, onda, na primjer, ako je gustoća vode jedna, tada će gustoća leda biti jednaka 0,91. Povećanje zapremine vode tokom njenog prelaska u led takođe treba uzeti u obzir u. Dovoljno je ostaviti bure do vrha napunjeno vodom na hladnom, a tečnost će se smrznuti i prsnuti posudu. Zbog toga se ne preporučuje ostavljanje vode u hladnjaku vozila koje je parkirano na hladnom. Takođe, u teškim mrazevima, morate biti oprezni zbog prekida u opskrbi toplom vodom koja prolazi kroz cijevi za grijanje. Ako ostane vode u vanjskoj cijevi, ona će se odmah smrznuti, što će neizbježno dovesti do oštećenja dovoda vode.

Kao što je poznato, u okeanima i morima na velikim dubinama, gdje je temperatura ispod nule, voda se još uvijek ne smrzava i ne pretvara u blok leda. To je prilično jednostavno objasniti - gornji slojevi vode stvaraju ogroman pritisak. Na primjer, sloj vode od jednog kilometra pritiska silom većom od stotinu atmosfera.

Da je voda normalna tečnost, a ne jedinstvena tečnost, ne bismo uživali u klizanju. Ne valjamo se po staklu, zar ne? Ali je mnogo glatkiji i privlačniji od leda. Ali staklo je materijal po kojem klizaljke neće kliziti. Ali na ledu, čak ni ne baš dobro dobar kvalitet Klizanje je zadovoljstvo. Pitate zašto? Činjenica je da težina našeg tijela pritiska na vrlo tanku oštricu klizaljke, koja vrši snažan pritisak na led. Kao rezultat ovog pritiska klizaljke, led se počinje topiti, stvarajući tanki film vode po kojem klizaljka savršeno klizi.

Kako djetetu objasniti složene fizičke procese?

Prva stvar koja pada na pamet je gustina. Da, u stvari, led pluta jer je manje gust od vode. Ali kako objasniti djetetu šta je denzitet? Reci mu školski program niko nije dužan, ali sasvim je moguće sve svesti na to da je led lakši. Uostalom, u stvari, isti volumen vode i leda imaju različite težine. Ako detaljnije proučimo problem, osim gustine možemo navesti još nekoliko razloga.
Led ne tone u vodi ne samo zato što njegova smanjena gustina sprečava da tone niže. Razlog je i to što su mali mjehurići zraka zamrznuti u ledu. Oni također smanjuju gustoću, pa se stoga, općenito, ispostavlja da težina ledene ploče postaje još manja. Kada se led širi, on ne uzima više zraka, ali svi oni mjehurići koji su već unutar ovog sloja ostaju tamo dok se led ne počne topiti ili sublimirati.

Provođenje eksperimenta o sili širenja vode

Ali kako možete dokazati da se led zapravo širi? Uostalom, i voda se može širiti, kako to možemo dokazati veštački uslovi? Možete provesti zanimljiv i vrlo jednostavan eksperiment. Da biste to učinili, trebat će vam plastična ili kartonska čaša i voda. Količina ne mora biti velika; čašu ne morate puniti do vrha. Takođe, idealno vam je potrebna temperatura od oko -8 stepeni ili niža. Ako je temperatura previsoka, iskustvo će trajati nerazumno dugo.
Dakle, voda se ulije unutra, trebamo pričekati da se stvori led. Pošto smo izabrali optimalna temperatura, u kojem se mala količina tečnosti pretvara u led u roku od dva do tri sata, možete sigurno otići kući i čekati. Morate sačekati dok se sva voda ne pretvori u led. Nakon nekog vremena gledamo rezultat. Čaša koja je deformisana ili poderana ledom je zagarantovana. Na nižoj temperaturi efekti izgledaju impresivnije, a sam eksperiment traje manje vremena.

Negativne posljedice

Ispostavilo se da jednostavan eksperiment potvrđuje da se ledeni blokovi zaista šire kada se temperatura smanji, a volumen vode se lako povećava kada se smrzava. Po pravilu, ova karakteristika donosi mnogo problema zaboravnim ljudima: boca šampanjca ostavljena na balkonu ispod Nova godina dugo vremena, lomi zbog izlaganja ledu. Pošto je sila ekspanzije veoma velika, na nju se ne može uticati ni na koji način. Pa, što se tiče plovnosti ledenih blokova, tu se nema šta dokazivati. Najradoznaliji mogu lako sami izvesti sličan eksperiment u proljeće ili jesen, pokušavajući utopiti komade leda u velikoj lokvi.

Niko ne sumnja da led pluta na vodi; svi su to vidjeli stotine puta i na bari i na rijeci.

Ali koliko je ljudi razmišljalo o ovom pitanju: da li se sve čvrste materije ponašaju na isti način kao led, odnosno plutaju u tečnostima koje nastaju kada se otape?

Rastopite parafin ili vosak u tegli i bacite još jedan komad iste čvrste supstance u ovu tečnost, odmah će potonuti. Isto će se dogoditi i sa olovom, i sa kalajem, i sa mnogim drugim supstancama. Ispada, po pravilu, čvrste materije uvijek se utopi u tekućinama koje nastaju kada se tope.

Rukujući vodom najčešće, toliko smo navikli na suprotnu pojavu da često zaboravljamo na ovo svojstvo, karakteristično za sve druge supstance. Mora se imati na umu da je voda rijedak izuzetak u tom pogledu. Samo se metalni bizmut i liveno gvožđe ponašaju na isti način kao voda.

Kada bi led bio teži od vode i ne bi se zadržavao na njegovoj površini, već bi tonuo, onda bi se i u dubokim rezervoarima voda zimi potpuno smrznula. U stvari, led koji pada na dno ribnjaka pomjerio bi donje slojeve vode prema gore, a to bi se dešavalo sve dok se sva voda ne pretvori u led.

Međutim, kada se voda smrzne, događa se suprotno. U trenutku kada se voda pretvori u led, njen volumen se iznenada povećava za oko 10 posto, čineći led manje gustim od vode. Zato pluta u vodi, kao što svako tijelo pluta u tečnosti velike gustine: gvozdeni ekser u živi, ​​čep u ulju, itd. Ako pretpostavimo da je gustina vode jednaka jedinici, onda gustina leda će biti samo 0,91. Ova brojka nam omogućava da saznamo debljinu ledene plohe koja pluta na vodi. Ako je visina ledene lamele iznad vode, na primjer, 2 centimetra, onda možemo zaključiti da je podvodni sloj ledene površine 9 puta deblji, odnosno jednak 18 centimetara, a cijela ledenica 20 centimetara debljine.

U morima i okeanima ponekad su ogromne ledene planine- sante leda (slika 4). To su glečeri koji su skliznuli sa polarnih planina i struja i vjetar ih odnijeli u otvoreno more. Njihova visina može doseći 200 metara, a zapremina nekoliko miliona kubnih metara. Devet desetina ukupne mase sante leda skriveno je pod vodom. Stoga je susret s njim veoma opasan. Ako brod ne primijeti na vrijeme ledenog diva u pokretu, može pretrpjeti ozbiljna oštećenja ili čak poginuti u sudaru.

Nagli porast zapremine tokom prelaska tečnog koda u led predstavlja važna karakteristika vode. Ova karakteristika se često mora uzeti u obzir u praktičan život. Ako ostavite bure vode na hladnom, voda će se smrznuti i bure puknuti. Iz istog razloga ne biste trebali ostavljati vodu u hladnjaku automobila parkiranog u hladnoj garaži. U teškim mrazima morate paziti na najmanji prekid u opskrbi toplu vodu kroz cijevi za grijanje vode: voda koja se zaustavila u vanjskoj cijevi može se brzo smrznuti, a zatim će cijev puknuti.

Smrznuvši se u pukotinama stijena, voda često uzrokuje rušenje planina.

Razmotrimo sada jedan eksperiment koji je direktno povezan sa širenjem vode kada se zagrije. Za postavljanje ovog eksperimenta potrebna je posebna oprema i malo je vjerovatno da bi je bilo koji čitatelj mogao reproducirati kod kuće. Da, ovo nije nužnost; Iskustvo je lako zamisliti, a njegove rezultate ćemo pokušati potvrditi na primjerima koji su svima poznati.

Uzmimo vrlo jak metal, po mogućnosti čelični cilindar (slika 5), ​​sipamo malo sačme na dno, napunimo ga vodom, pričvrstimo poklopac vijcima i počnemo okretati vijak. Pošto se voda vrlo malo kompresuje, nećete morati dugo okretati vijak. Nakon samo nekoliko okretaja, tlak unutar cilindra raste na stotine atmosfera. Ako sada ohladite cilindar čak 2-3 stepena ispod nule, voda u njemu se neće smrznuti. Ali kako možete biti sigurni u ovo? Ako otvorite cilindar, onda na ovoj temperaturi i atmosferski pritisak voda će se momentalno pretvoriti u led, a mi nećemo znati da li je bila tečna ili čvrsta kada je bila pod pritiskom. Tu će nam pomoći posuti peleti. Kada se cilindar ohladi, okrenite ga naopako. Ako je voda zaleđena, sačma će ležati na dnu; Hajde da odvrnemo šraf. Pritisak će pasti i voda će se definitivno smrznuti. Nakon uklanjanja poklopca, uvjeravamo se da se sav hitac skupio u blizini poklopca. To znači da se voda pod pritiskom nije smrzavala na temperaturama ispod nule.

Iskustvo pokazuje da se tačka smrzavanja vode smanjuje sa povećanjem pritiska za otprilike jedan stepen na svakih 130 atmosfera.

Kada bismo svoje razmišljanje počeli zasnivati ​​na zapažanjima mnogih drugih supstanci, morali bismo doći do suprotnog zaključka. Pritisak obično pomaže tečnosti da se stvrdnu: pod pritiskom, tečnosti se smrzavaju pri većem visoka temperatura, i tu nema ničeg iznenađujućeg ako se prisjetimo da većina tvari smanjuje volumen kada se stvrdne. Pritisak uzrokuje smanjenje volumena i to olakšava prijelaz tekućine u čvrsto stanje. Kada se voda stvrdne, kao što već znamo, ona se ne smanjuje u volumenu, već se, naprotiv, širi. Zbog toga pritisak, sprečavajući širenje vode, snižava njenu tačku smrzavanja.

Poznato je da je u okeanima na velikim dubinama temperatura vode ispod nule stepeni, a ipak voda na tim dubinama se ne smrzava. To se objašnjava pritiskom koji stvaraju gornji slojevi vode. Sloj vode debeo jedan kilometar pritiska silom od oko sto atmosfera.

Da je voda normalna tečnost, teško da bismo doživjeli užitak klizanja na ledu. To bi bilo isto kao valjanje po savršeno glatkom staklu. Klizaljke ne klize po staklu. Na ledu je sasvim druga stvar. Klizanje na ledu je veoma lako. Zašto? Pod težinom našeg tijela, tanka oštrica klizaljke proizvodi prilično jak pritisak na led, a led ispod klizaljke se topi; formira se tanak sloj vode, koji služi kao odlično mazivo.

Svi znaju da je led smrznuta voda, odnosno da je u čvrstom agregacijskom stanju. Ali Zašto led ne tone u vodi, već lebdi na njenoj površini?

Voda je neobična tvar s rijetkim, čak i anomalnim svojstvima. U prirodi se većina tvari širi kada se zagrije i skuplja kada se ohladi. Na primjer, živa u termometru raste kroz usku cijev i pokazuje porast temperature. Pošto se živa smrzava na -39ºC, nije prikladna za termometre koji se koriste u okruženjima s visokim temperaturama.

Voda se također širi kada se zagrije i skuplja kada se ohladi. Međutim, u rasponu hlađenja od približno +4 ºC do 0 ºC on se širi. Zbog toga vodovodne cijevi mogu puknuti zimi ako se voda u njima smrzla i stvorile su velike mase leda. Pritisak leda na zidove cevi je dovoljan da izazove njihovo pucanje.

Ekspanzija vode

Budući da se voda pri hlađenju širi, gustina leda (tj. njegovog čvrstog oblika) je manja od tečne vode. Drugim riječima, data zapremina leda je manja od iste zapremine vode. To se odražava u formuli m = ρV, gdje je V volumen tijela, m masa tijela, ρ je gustina tvari. Postoji obrnuto proporcionalan odnos između gustine i zapremine (V = m/ρ), tj. sa povećanjem zapremine (kako se voda hladi), ista masa će imati manju gustinu. Ova nekretnina voda dovodi do stvaranja leda na površini rezervoara - bara i jezera.

Pretpostavimo da je gustina vode 1. Tada će led imati gustinu od 0,91. Zahvaljujući ovoj cifri možemo saznati debljinu leda koja pluta na vodi. Na primjer, ako ledena ploča ima visinu iznad vode od 2 cm, onda možemo zaključiti da je njen podvodni sloj 9 puta deblji (tj. 18 cm), a debljina cijele ledene površine je 20 cm.

Na području Sjevernog i Južni pol Na Zemlji se voda smrzava i formira sante leda. Neke od ovih plutajućih ledenih planina su ogromne. Najveći od poznato čoveku razmatra se santa leda površine 31.000 kvadratnih metara. kilometara, koji je otkriven 1956. u Tihom okeanu.

Kako voda u čvrstom stanju povećava svoj volumen? Promjenom njegove strukture. Naučnici su dokazali da led ima otvorenu strukturu sa šupljinama i šupljinama, koje se, kada se otape, pune molekulima vode.

Iskustvo pokazuje da se tačka smrzavanja vode smanjuje sa povećanjem pritiska za otprilike jedan stepen na svakih 130 atmosfera.

Poznato je da je u okeanima na velikim dubinama temperatura vode ispod 0 ºS, a ipak se ne smrzava. To se objašnjava pritiskom koji stvaraju gornji slojevi vode. Sloj vode debeo jedan kilometar pritiska silom od oko 100 atmosfera.

Poređenje gustoće vode i leda

Može li gustina vode biti manja od gustine leda i da li to znači da će se on utopiti u njoj? Odgovor na ovo pitanje je potvrdan, što je lako dokazati sljedećim eksperimentom.

Uzmimo iz zamrzivača, gdje je temperatura -5 ºS, komad leda veličine trećine čaše ili malo više. Stavimo ga u kantu vode na temperaturi od +20 ºS. Šta posmatramo? Led brzo tone i tone, postepeno se počinje topiti. To se dešava jer voda na temperaturi od +20 ºS ima manju gustinu u odnosu na led na temperaturi od -5 ºS.

Postoje modifikacije leda (pri visokim temperaturama i pritiscima), koji će zbog svoje veće gustine potonuti u vodi. Riječ je o takozvanom "teškom" ledu - deuteriju i tricijumu (zasićenom teškim i super teškim vodonikom). Uprkos prisustvu istih praznina kao u protiumskom ledu, on će potonuti u vodi. Za razliku od "teškog" leda, protijumski led je lišen teških izotopa vodonika i sadrži 16 miligrama kalcijuma po litri tečnosti. Proces njegove pripreme uključuje pročišćavanje od štetnih nečistoća za 80%, zbog čega se protiumska voda smatra najoptimalnijom za ljudski život.

Značenje u prirodi

Činjenica da led pluta na površini vode igra ulogu važnu ulogu u prirodi. Da voda nema ovo svojstvo i da je led potonuo na dno, to bi dovelo do smrzavanja cijelog rezervoara i, kao posljedica, smrti živih organizama koji ga nastanjuju.

Kada nastupi hladno vrijeme, prvo na temperaturama iznad +4 ºS više hladnom vodom sa površine rezervoara ponire, a topla (lakša) voda se diže nagore. Ovaj proces se naziva vertikalna cirkulacija (miješanje) vode. Kada dostigne +4 ºS u cijelom rezervoaru, ovaj proces se zaustavlja, jer sa površine voda već na +3 ºS postaje lakša od one koja je ispod. Voda se širi (zapremina joj se povećava za približno 10%), a gustoća se smanjuje. Kao posljedica činjenice da je hladniji sloj na vrhu, voda se smrzava na površini i pojavljuje se ledeni pokrivač. Zbog svoje kristalne strukture, led ima slabu toplotnu provodljivost, što znači da zadržava toplotu. Sloj leda djeluje kao vrsta toplotnog izolatora. A voda ispod leda zadržava svoju toplotu. Zahvaljujući termoizolacijskim svojstvima leda, prijenos "hladnoće" na niže slojeve vode naglo je smanjen. Stoga na dnu rezervoara gotovo uvijek ostaje barem tanak sloj vode, što je izuzetno važno za život njegovih stanovnika.

Dakle, +4 ºS - temperatura maksimalne gustine vode - je temperatura preživljavanja živih organizama u rezervoaru.

Upotreba u svakodnevnom životu

Gore je spomenuta mogućnost pucanja vodovodnih cijevi kada se voda smrzava. Da biste izbjegli oštećenje dovoda vode kada niske temperature Ne smije biti prekida u opskrbi toplom vodom koja teče kroz cijevi za grijanje. Vozilo je izloženo sličnoj opasnosti ako ostavite vodu u hladnjaku po hladnom vremenu.

Sada razgovarajmo o ugodnoj strani jedinstvenih svojstava vode. Klizanje je odlična zabava za djecu i odrasle. Da li ste se ikada zapitali zašto je led tako klizav? Na primer, staklo je takođe klizavo, a takođe i glatkije i privlačnije od leda. Ali klizaljke ne klize po njemu. Samo led ima tako specifično divno svojstvo.

Činjenica je da pod težinom naše težine dolazi do pritiska na tanku oštricu klizaljke, što zauzvrat uzrokuje pritisak na led i njegovo topljenje. U tom slučaju nastaje tanki film vode po kojem klizi čelična oštrica klizaljke.

Razlika u zamrzavanju voska i vode

Eksperimenti pokazuju da površina kocke leda formira određenu izbočinu. To je zbog činjenice da se smrzavanje u sredini događa posljednje. I šireći se tokom prelaska u čvrsto stanje, ovo izbočenje se još više podiže. Tome se može suprotstaviti stvrdnjavanje voska, koji, naprotiv, stvara depresiju. To se objašnjava činjenicom da se vosak skuplja nakon što se pretvori u čvrsto stanje. Tečnosti koje se ravnomerno skupljaju kada se smrznu formiraju donekle konkavnu površinu.

Za zamrzavanje vode nije dovoljno da se ohladi do tačke smrzavanja od 0 ºC, ova temperatura se mora održavati stalnim hlađenjem.

Voda pomešana sa solju

Dodatak kuhinjska sol da voda snižava svoju tačku smrzavanja. Iz tog razloga su putevi zimi posuti solju. Slana voda smrzava se na temperaturama od -8 °C i niže, tako da dok temperatura ne padne barem na ovu tačku, ne dolazi do smrzavanja.

Smjesa leda i soli ponekad se koristi kao "smjesa za hlađenje" za eksperimente na niskim temperaturama. Kada se led topi, on apsorbira latentnu toplinu potrebnu za transformaciju iz svoje okoline i na taj način ga hladi. Ovo apsorbira toliko topline da temperatura može pasti ispod -15 °C.

Univerzalni rastvarač

Čista voda (molekulska formula H 2 0) nema boju, ukus, miris. Molekul vode se sastoji od vodonika i kiseonika. Kada druge tvari (topljive i nerastvorljive u vodi) dođu u vodu, ona postaje zagađena, tako da u prirodi nema apsolutno nikakve čista voda. Sve supstance koje se javljaju u prirodi mogu se rastvoriti u vodi u različitom stepenu. To je određeno njihovim jedinstvenim svojstvima - rastvorljivost u vodi. Stoga se voda smatra „univerzalnim rastvaračem“.

Garant stabilne temperature vazduha

Voda se zbog velikog toplotnog kapaciteta zagrijava sporo, ali se ipak proces hlađenja odvija mnogo sporije. Ovo omogućava da se ljetno vrijeme godine da akumulira toplotu u okeanima i morima. Oslobađanje topline događa se zimi, zbog čega nema nagle promjene temperature zraka na teritoriji naše planete tijekom cijele godine. Okeani i mora su izvorni i prirodni akumulatori topline na Zemlji.

Površinski napon

Zaključak

Činjenica da led ne tone, već lebdi na površini, objašnjava se njegovom manjom gustinom u odnosu na vodu ( specifična težina voda 1000 kg/m³, led - oko 917 kg/m³). Ova teza vrijedi ne samo za led, već i za svako drugo fizičko tijelo. Na primjer, gustoća papirnatog čamca ili jesenskog lista mnogo je manja od gustoće vode, što osigurava njihovu plovnost.

Međutim, svojstvo vode da ima manju gustinu u čvrstom stanju je veoma retko u prirodi, sa izuzetkom opšte pravilo. Samo metal i liveno gvožđe (legura metalnog gvožđa i nemetalnog ugljenika) imaju slična svojstva.

Niko ne sumnja da led pluta na vodi; svi su to vidjeli stotine puta i na bari i na rijeci.

Ali koliko je ljudi razmišljalo o ovom pitanju: da li se sve čvrste materije ponašaju na isti način kao led, odnosno plutaju u tečnostima koje nastaju kada se otape?

Rastopite parafin ili vosak u tegli i bacite još jedan komad iste čvrste supstance u ovu tečnost, odmah će potonuti. Isto će se dogoditi i sa olovom, i sa kalajem, i sa mnogim drugim supstancama. Ispostavilo se da, po pravilu, čvrste materije uvek tonu u tečnostima koje nastaju kada se tope.

Rukujući vodom najčešće, toliko smo navikli na suprotnu pojavu da često zaboravljamo na ovo svojstvo, karakteristično za sve druge supstance. Mora se imati na umu da je voda rijedak izuzetak u tom pogledu. Samo se metalni bizmut i liveno gvožđe ponašaju na isti način kao voda.

Kada bi led bio teži od vode i ne bi se zadržavao na njegovoj površini, već bi tonuo, onda bi se i u dubokim rezervoarima voda zimi potpuno smrznula. U stvari, led koji pada na dno ribnjaka pomjerio bi donje slojeve vode prema gore, a to bi se dešavalo sve dok se sva voda ne pretvori u led.

Međutim, kada se voda smrzne, događa se suprotno. U trenutku kada se voda pretvori u led, njen volumen se iznenada povećava za oko 10 posto, čineći led manje gustim od vode. Zato pluta u vodi, kao što svako tijelo pluta u tečnosti velike gustine: gvozdeni ekser u živi, ​​čep u ulju, itd. Ako pretpostavimo da je gustina vode jednaka jedinici, onda gustina leda će biti samo 0,91. Ova brojka nam omogućava da saznamo debljinu ledene plohe koja pluta na vodi. Ako je visina ledene lamele iznad vode, na primjer, 2 centimetra, onda možemo zaključiti da je podvodni sloj ledene površine 9 puta deblji, odnosno jednak 18 centimetara, a cijela ledenica 20 centimetara debljine.

U morima i okeanima ponekad postoje ogromne ledene planine - sante leda (slika 4). Riječ je o glečerima koji su skliznuli sa polarnih planina i odneseni strujom i vjetrom u otvoreno more. Njihova visina može doseći 200 metara, a zapremina nekoliko miliona kubnih metara. Devet desetina ukupne mase sante leda skriveno je pod vodom. Stoga je susret s njim veoma opasan. Ako brod ne primijeti na vrijeme ledenog diva u pokretu, može pretrpjeti ozbiljna oštećenja ili čak poginuti u sudaru.

Naglo povećanje zapremine tokom prelaska tekuće vode u led je važna karakteristika vode. Ova karakteristika se često mora uzeti u obzir u praktičnom životu. Ako ostavite bure vode na hladnom, voda će se smrznuti i bure puknuti. Iz istog razloga ne biste trebali ostavljati vodu u hladnjaku automobila parkiranog u hladnoj garaži. U teškim mrazima, morate biti oprezni s najmanjim prekidom u opskrbi toplom vodom kroz cijevi za grijanje vode: voda koja se zaustavila u vanjskoj cijevi može se brzo smrznuti, a zatim će cijev puknuti.

Smrznuvši se u pukotinama stijena, voda često uzrokuje rušenje planina.

Razmotrimo sada jedan eksperiment koji je direktno povezan sa širenjem vode kada se zagrije. Za postavljanje ovog eksperimenta potrebna je posebna oprema i malo je vjerovatno da bi je bilo koji čitatelj mogao reproducirati kod kuće. Da, ovo nije nužnost; Iskustvo je lako zamisliti, a njegove rezultate ćemo pokušati potvrditi na primjerima koji su svima poznati.

Uzmimo vrlo jak metal, po mogućnosti čelični cilindar (slika 5), ​​sipamo malo sačme na dno, napunimo ga vodom, pričvrstimo poklopac vijcima i počnemo okretati vijak. Pošto se voda vrlo malo kompresuje, nećete morati dugo okretati vijak. Nakon samo nekoliko okretaja, tlak unutar cilindra raste na stotine atmosfera. Ako sada ohladite cilindar čak 2-3 stepena ispod nule, voda u njemu se neće smrznuti. Ali kako možete biti sigurni u ovo? Ako otvorimo cilindar, tada će se na ovoj temperaturi i atmosferskom pritisku voda momentalno pretvoriti u led, a mi nećemo znati da li je bila tečna ili čvrsta kada je bila pod pritiskom. Tu će nam pomoći posuti peleti. Kada se cilindar ohladi, okrenite ga naopako. Ako je voda zaleđena, sačma će ležati na dnu; Hajde da odvrnemo šraf. Pritisak će pasti i voda će se definitivno smrznuti. Nakon uklanjanja poklopca, uvjeravamo se da se sav hitac skupio u blizini poklopca. To znači da se voda pod pritiskom nije smrzavala na temperaturama ispod nule.

Iskustvo pokazuje da se tačka smrzavanja vode smanjuje sa povećanjem pritiska za otprilike jedan stepen na svakih 130 atmosfera.

Kada bismo svoje razmišljanje počeli zasnivati ​​na zapažanjima mnogih drugih supstanci, morali bismo doći do suprotnog zaključka. Pritisak obično pomaže tečnosti da se stvrdnu: pod pritiskom tečnosti se smrzavaju na višoj temperaturi, a to nije iznenađujuće ako se setite da većina supstanci smanjuje zapreminu kada se stvrdne. Pritisak uzrokuje smanjenje volumena i to olakšava prijelaz tekućine u čvrsto stanje. Kada se voda stvrdne, kao što već znamo, ona se ne smanjuje u volumenu, već se, naprotiv, širi. Zbog toga pritisak, sprečavajući širenje vode, snižava njenu tačku smrzavanja.

Poznato je da je u okeanima na velikim dubinama temperatura vode ispod nule stepeni, a ipak voda na tim dubinama se ne smrzava. To se objašnjava pritiskom koji stvaraju gornji slojevi vode. Sloj vode debeo jedan kilometar pritiska silom od oko sto atmosfera.

Da je voda normalna tečnost, teško da bismo doživjeli užitak klizanja na ledu. To bi bilo isto kao valjanje po savršeno glatkom staklu. Klizaljke ne klize po staklu. Na ledu je sasvim druga stvar. Klizanje na ledu je veoma lako. Zašto? Pod težinom našeg tijela, tanka oštrica klizaljke proizvodi prilično jak pritisak na led, a led ispod klizaljke se topi; formira se tanak sloj vode, koji služi kao odlično mazivo.

Mala djeca vrlo često pitaju zanimljiva pitanja odrasli, i ne mogu im uvijek odgovoriti odmah. Kako vašem djetetu ne bi izgledalo glupo, preporučujemo vam da se upoznate sa potpunim i detaljnim, utemeljenim odgovorom u vezi s plovnošću leda. Uostalom, pluta, a ne da se davi. Zašto se ovo dešava?

Kako djetetu objasniti složene fizičke procese?

Prva stvar koja pada na pamet je gustina. Da, u stvari, led pluta jer je manje gust od . Ali kako objasniti djetetu šta je denzitet? Niko nije dužan da mu kaže školski program, ali je sasvim moguće sve to svesti na ono što jeste. Uostalom, u stvari, isti volumen vode i leda imaju različite težine. Ako detaljnije proučimo problem, osim gustine možemo navesti još nekoliko razloga.
ne samo zato što njegova smanjena gustina sprečava da tone niže. Razlog je i to što su mali mjehurići zraka zamrznuti u ledu. Oni također smanjuju gustoću, pa se stoga, općenito, ispostavlja da težina ledene ploče postaje još manja. Kada se led širi, on ne uzima više zraka, ali svi oni mjehurići koji su već unutar ovog sloja ostaju tamo dok se led ne počne topiti ili sublimirati.

Provođenje eksperimenta o sili širenja vode

Ali kako možete dokazati da se led zapravo širi? Uostalom, i voda se može širiti, pa kako se to može dokazati pod umjetnim uvjetima? Možete provesti zanimljiv i vrlo jednostavan eksperiment. Da biste to učinili, trebat će vam plastična ili kartonska čaša i voda. Količina ne mora biti velika; čašu ne morate puniti do vrha. Takođe, idealno vam je potrebna temperatura od oko -8 stepeni ili niža. Ako je temperatura previsoka, iskustvo će trajati nerazumno dugo.
Dakle, voda se ulije unutra, trebamo pričekati da se stvori led. Pošto smo odabrali optimalnu temperaturu na kojoj će se mala količina tečnosti pretvoriti u led u roku od dva do tri sata, možete bezbedno ići kući i čekati. Morate sačekati dok se sva voda ne pretvori u led. Nakon nekog vremena gledamo rezultat. Čaša koja je deformisana ili poderana ledom je zagarantovana. Na nižoj temperaturi efekti izgledaju impresivnije, a sam eksperiment traje manje vremena.

Negativne posljedice

Ispostavilo se da jednostavan eksperiment potvrđuje da se ledeni blokovi zaista šire kada se temperatura smanji, a volumen vode se lako povećava kada se smrzava. Ova karakteristika u pravilu stvara mnogo problema zaboravnim ljudima: boca šampanjca ostavljena na balkonu duže vrijeme u novogodišnjoj noći pauza zbog izlaganja ledu. Pošto je sila ekspanzije veoma velika, na nju se ne može uticati ni na koji način. Pa, što se tiče plovnosti ledenih blokova, tu se nema šta dokazivati. Najradoznaliji mogu lako sami izvesti sličan eksperiment u proljeće ili jesen, pokušavajući utopiti komade leda u velikoj lokvi.

Svako od nas je u proljeće gledao ledene ploče kako plutaju rijekom. Ali zašto su nemoj se udaviti? Šta ih drži na površini vode?

Čini se da im uprkos težini nešto jednostavno ne dozvoljava da se spuste. Suština ovoga misteriozni fenomen i ja ću to otkriti.

Zašto led ne tone?

Stvar je u tome što je voda veoma neobična supstanca. Ima neverovatna svojstva koja ponekad jednostavno ne primećujemo.

Kao što znate, gotovo sve stvari na svijetu se šire kada se zagriju i skupljaju kada se ohlade. Ovo pravilo važi i za vodu, ali uz jednu zanimljivu napomenu: kada se ohladi sa +4°C na 0°C, voda počinje da se širi. Ovo objašnjava nisku gustinu ledenih masa. Prošireno iz gore navedenog fenomena, voda postaje lakši od onog u kome se nalazi, i počinje da pluta po svojoj površini.

Koliko je opasan ovaj led?

Gore opisani fenomen često se nalazi u prirodi i svakodnevnom životu. Ali ako počnete da zaboravljate na to, može postati izvor mnogih problema. na primjer:

• zimi, zamrznuta limenka za vodu puknule vodovodne cijevi;

• ista voda, koja se smrzava u planinskim pukotinama, doprinosi uništavanje stijena, uzrokujući planinske padove;
• ne smijemo zaboraviti ispustiti vodu iz hladnjaka automobila kako biste izbjegli gore navedene situacije.

Ali postoji i pozitivne poene. Uostalom, da voda nema tako nevjerovatna svojstva, onda ne bi postojao takav sport klizanje. Pod težinom ljudskog tijela, oštrica klizaljke vrši toliki pritisak na led da se on jednostavno topi, stvarajući film vode idealan za klizanje.

Voda u dubinama okeana

Još jedna zanimljiva stvar je da čak i uprkos nultoj temperaturi u dubinama okeana (ili mora), voda postoji ne smrzava, ne postaje ledeni blok. Zašto se ovo dešava? Sve je u vezi pritisak, na koju djeluju gornji slojevi vode.

Općenito, pritisak pomaže u očvršćavanju različitih tekućina. Izaziva smanjenje volumena tijela, značajno olakšavajući njegov prijelaz u čvrsto stanje. Ali kada se voda zamrzne, ona se ne smanjuje u volumenu, već naprotiv, povećava se. I stoga pritisak, koji sprečava ekspanziju vode, snižava tačku smrzavanja.

To je sve što vam mogu reći o ovom zanimljivom fenomenu. Nadam se da ste naučili nešto novo. Sretno na putovanjima!