Fiecare dintre noi am privit primăvara plăci de gheață plutind pe râu. Dar de ce sunt nu te îneca? Ce îi ține la suprafața apei?
Se pare că, în ciuda greutății lor, ceva pur și simplu nu le permite să coboare. Voi dezvălui esența acestui fenomen misterios.
De ce nu se scufundă gheața?
Chestia este că apa este foarte substanță neobișnuită. Are proprietăți uimitoare pe care uneori pur și simplu nu le observăm.
După cum știți, aproape toate lucrurile din lume se extind atunci când sunt încălzite și se contractă când sunt răcite. Această regulă se aplică și apei, dar cu o notă interesantă: la răcire de la +4°C la 0°C, apa începe să se extindă. Aceasta explică densitatea scăzută a maselor de gheață. Extinsă de la fenomenul de mai sus, apa devine mai usor decat cel in care se afla, și începe să plutească pe suprafața sa.
Cât de periculoasă este această gheață?
Fenomenul descris mai sus se găsește adesea în natură și în viața de zi cu zi. Dar dacă începi să uiți de asta, poate deveni sursa multor probleme. De exemplu:
- iarna, bidon de apă înghețată spargerea conductelor de apă;
- aceeași apă, înghețată în crăpăturile de munte, contribuie la distrugerea pietrei, provocând căderi de munte;
- nu trebuie să uităm scurgeți apa din radiatorul mașinii pentru a evita situațiile de mai sus.
Dar există și aspecte pozitive. La urma urmei, dacă apa nu ar avea proprietăți atât de uimitoare, atunci nu ar exista un astfel de sport ca patinaj. Sub greutatea corpului unei persoane, lama patinei pune atât de multă presiune pe gheață încât pur și simplu se topește, creând o peliculă de apă ideală pentru alunecare.
Apă în adâncurile oceanului
Un alt punct interesant este că, chiar și în ciuda temperaturii zero în adâncurile oceanului (sau mării), apa de acolo nu îngheață, nu devine un bloc de gheață. De ce se întâmplă asta? Este vorba despre presiune, care este exercitat de straturile superioare de apă.
În general, presiunea ajută la solidificarea diferitelor lichide. Determină o reducere a volumului corpului, facilitând semnificativ trecerea acestuia la starea solidă. Dar atunci când apa îngheață, nu scade în volum, ci, dimpotrivă, crește. Și, prin urmare, presiunea, împiedicând expansiunea apei, își scade punctul de îngheț.
Atât pot să vă spun despre acest fenomen interesant. Sper că ai învățat ceva nou. Mult succes in calatoriile tale!
Instituție autonomă de învățământ municipal
liceu cu. Vasylivki
Cercetare
De ce gheața nu se scufundă în apă?
Elevii de clasa a 3-a „b”
Belogubova Sophia
Cap: Klimenko
Lyudmila Sergheevna,
profesoreucalificare
Conținutul lucrării.
1. Introducere……………………………………………………………. 3
2. Partea principală:………………………………………………………….4-6
2.1. De ce plutesc obiectele?............................................. ......
2.2. Om de știință grec antic Arhimede……………………………………………
2.3. Legea lui Arhimede………………………………………………………………….
2.4. Experimente…………………………………………………………..
2.5. O caracteristică importantă a apei………………………………………………………
3. Concluzie…………………………………………………………………….7
4. Lista referințelor……………………………………………………………………8
5. Aplicații………………………………………………………9-10
Introducere.
Nu arde în foc
Nu se scufundă în apă.
Relevanța subiectului
De ce unele substanțe se scufundă în apă și altele nu? Înțelegerea legilor flotabilității permite inginerilor să construiască nave din metale care plutesc și nu se scufundă.
Nimeni nu se îndoiește că gheața plutește pe apă; toată lumea a văzut asta de sute de ori atât pe iaz, cât și pe râu.
Dar de ce se întâmplă asta?
Ce alte obiecte pot pluti pe apă?
Asta am decis să aflu.
Setează un scop:
Stabiliți motivele imposibilității de scufundare a gheții.
Am identificat o serie de sarcini:
Aflați condițiile de plutire ale corpurilor;
Aflați de ce gheața nu se scufundă;
Efectuați un experiment pentru a studia flotabilitatea.
Ea a prezentat o ipoteză:
Poate că gheața nu se scufundă pentru că apa este mai densă decât gheața.
Metode de cercetare:
Analiza teoretică a literaturii;
Metoda de observare;
Metoda practica.
Materialul practic îmi va fi de folos în lecțiile de lectură și în lumea înconjurătoare.
Parte principală
Dacă scufundați un corp în apă, acesta va înlocui puțină apă. Corpul ocupă locul în care era apa, iar nivelul apei crește.
Potrivit legendei, omul de știință grec antic Arhimede (287 - 212 î.Hr.), în timp ce se afla într-o baie, a ghicit că un corp scufundat înlocuiește un volum egal de apă. O gravură medievală îl înfățișează pe Arhimede făcându-și descoperirea (vezi Anexa 1).
Forța cu care apa împinge un corp scufundat în el se numește forță de flotabilitate.
Legea lui Arhimede spune că forța de flotabilitate este egală cu greutatea lichidului deplasat de corpul scufundat în el. Dacă forța de flotabilitate este mai mică decât greutatea corpului, atunci se scufundă dacă este egală cu greutatea corpului, plutește.
Experimentul nr. 1 (vezi Anexa 1)
Am decis să văd cum funcționează forța de flotabilitate, am observat nivelul apei și am coborât o minge de plastilină cu o bandă elastică într-un vas cu apă. După scufundare, nivelul apei a crescut și lungimea elasticului a scăzut. Am marcat noul nivel al apei cu un pix.
Concluzie: Din partea apei, asupra mingii de plastilină a acționat o forță îndreptată în sus. Prin urmare, lungimea benzii elastice a scăzut, adică. mingea scufundată în apă a devenit mai ușoară.
Apoi a modelat o barcă din aceeași plastilină și a coborât-o cu grijă în apă. După cum puteți vedea, apa a crescut și mai sus. Barca a deplasat mai multă apă decât mingea, ceea ce înseamnă că forța de flotabilitate este mai mare.
Magia s-a întâmplat, materialul care se scufundă plutește la suprafață! Hei Arhimede!
Pentru a preveni scufundarea unui corp, densitatea acestuia trebuie să fie mai mică decât densitatea apei.
Nu știi ce este densitatea? Aceasta este masa unei substanțe omogene pe unitatea de volum.
Experimentul nr. 2: (vezi Anexa 2)
Ea a turnat apă într-un pahar și a pus-o afară. Când apa a înghețat, paharul a izbucnit. Am pus gheata formata intr-un recipient cu apa rece si am vazut ca pluteste.
Într-un alt recipient, sărați bine apa și amestecați până se dizolvă complet. Am luat gheață și am repetat experimentul. Gheața plutește și chiar mai bine decât în apă dulce, aproape jumătate ieșind din apă.
Totul clar! Un cub de gheață plutește pentru că atunci când îngheață, gheața se extinde și devine mai ușoară decât apa. Densitatea apei lichide obișnuite este puțin mai mare decât densitatea apei înghețate, adică a gheții. Pe măsură ce densitatea unui lichid crește, crește forța de flotabilitate.
Date științifice:
1 fapt Arhimede: orice corp scufundat într-un lichid este supus unei forțe de plutire.
Faptul 2 Mihail Lomonosov:
Gheața nu se scufundă deoarece are o densitate de 920 kg/cub.m. Iar apa, care este mai densă, este de 1000 kg/cub.m.
Concluzie:
Am găsit 2 motive pentru imposibilitatea de scufundare a gheții:
orice corp scufundat în apă este supus unei forțe de plutire;
Densitatea gheții este mai mică decât densitatea oricărei ape.
Să încercăm să ne imaginăm cum ar arăta lumea dacă apa ar avea proprietăți normale, iar gheața ar fi, așa cum ar trebui să fie orice substanță normală, mai densă decât apa lichidă. Iarna, gheața mai densă înghețată de sus s-ar scufunda în apă, scufundându-se continuu în fundul rezervorului. Vara, gheața, protejată de un strat de apă rece, nu se putea topi.
Treptat, toate lacurile, iazurile, râurile, pâraiele aveau să înghețe complet, transformându-se în blocuri uriașe de gheață. În cele din urmă, mările aveau să înghețe, urmate de oceane. Frumoasa noastră lume verde înfloritoare ar deveni
un deșert de gheață continuu, în unele locuri acoperit cu un strat subțire de apă topită. Una dintre aceste proprietăți unice ale apei este capacitatea sa de a se extinde atunci când este înghețată. La urma urmei, atunci când toate substanțele îngheață, adică în timpul trecerii de la starea lichidă la starea solidă, se comprimă, dar apa, dimpotrivă, se extinde. Volumul său crește cu 9%. Dar când se formează gheață la suprafața apei, aceasta, fiind între aerul rece și apă, împiedică răcirea și înghețarea ulterioară a corpurilor de apă. Apropo, această proprietate neobișnuită a apei este importantă și pentru formarea solului în munți. Intrând în mici crăpături care se găsesc întotdeauna în pietre, apa de ploaie se extinde atunci când îngheață și distruge piatra. Astfel, treptat suprafața de piatră devine capabilă să adăpostească plantele care, cu rădăcinile lor, completează acest proces de distrugere a pietrelor și duc la formarea solului pe versanții munților.
Gheața se află întotdeauna la suprafața apei și servește ca un adevărat izolator termic. Adică, apa de dedesubt nu se răcește la fel de mult stratul de gheață îl protejează în mod fiabil de îngheț. De aceea, este rar ca un corp de apă să înghețe până la fund în timpul iernii, deși acest lucru este posibil la temperaturi extreme ale aerului.
Creșterea bruscă a volumului atunci când apa se transformă în gheață este o caracteristică importantă a apei. Această caracteristică trebuie deseori luată în considerare în viața practică. Dacă lăsați un butoi cu apă la rece, apa va îngheța și va sparge butoiul. Din același motiv, nu trebuie să lăsați apă în caloriferul unei mașini parcate într-un garaj rece. În înghețuri severe, trebuie să fiți atenți la cea mai mică întrerupere a furnizării de apă caldă prin conductele de încălzire a apei: apa care s-a oprit în conducta exterioară poate îngheța rapid, iar apoi conducta va sparge.
Da, un buștean, oricât de mare ar fi, nu se scufundă în apă. Secretul acestui fenomen este că densitatea lemnului este mai mică decât densitatea apei.
Concluzie.
Deci, după ce am muncit mult, am înțeles. Că ipoteza mea despre motivul pentru care gheața nu se scufundă a fost confirmată.
Motive pentru imposibilitatea de scufundare a gheții:
1. Gheața este formată din cristale de apă cu aer între ele. Prin urmare, densitatea gheții este mai mică decât densitatea apei.
2. O forță de plutire acționează asupra gheții din partea apei.
Dacă apa ar fi un lichid normal și nu un lichid unic, nu ne-ar plăcea să patinăm. Nu ne rostogolim pe sticlă, nu-i așa? Dar este mult mai netedă și mai atractivă decât gheața. Dar sticla este un material pe care patinele nu vor aluneca. Dar pe gheață, chiar dacă nu este de foarte bună calitate, patinajul este o plăcere. Vei întreba de ce? Cert este că greutatea corpului nostru apasă pe lama foarte subțire a patinei, care exercită o presiune puternică asupra gheții. Ca urmare a acestei presiuni a patinului, gheața începe să se topească, formând o peliculă subțire de apă pe care patinul alunecă perfect.
Bibliografie
Enciclopedia pentru copii „Explorez lumea”.
Zedlag U. „Lucruri uimitoare pe planeta Pământ”.
Resurse de internet.
Rakhmanov A. I. „Fenomenele naturii”.
Enciclopedia „Lumea naturală”.
Anexa 1
Anexa 2
Anexa 3
Kim Irina, elevă în clasa a IV-a
Lucrare de cercetare pe tema „De ce gheața nu se scufundă?”
Descarca:
Previzualizare:
Instituția municipală de învățământ de stat „Școala secundară Krasnoyarsk”
Cercetare
Efectuat:
Kim Irina,
elev de clasa a IV-a.
supraveghetor:
Ivanova Elena Vladimirovna,
profesor de școală primară.
Cu. Krasny Yar 2013
1. Introducere.
2. Partea principală:
De ce plutesc obiectele?
Omul de știință grec antic Arhimede.
legea lui Arhimede.
Experimente.
O caracteristică importantă a apei.
3. Concluzie.
4. Lista referințelor.
5. Aplicații.
Introducere.
De ce unele substanțe se scufundă în apă și altele nu? Și de ce există atât de puține substanțe care pot pluti în aer (adică să zboare)? Înțelegerea legilor plutirii (și scufundării) le permite inginerilor să construiască nave din metale care sunt mai grele decât apa și să proiecteze dirijabile și baloane care pot pluti în aer. Aerul este pompat într-o vestă de salvare, așa că ajută o persoană să rămână pe apă.
Nimeni nu se îndoiește că gheața plutește pe apă; toată lumea a văzut asta de sute de ori atât pe iaz, cât și pe râu. Dar de ce se întâmplă asta? Ce alte obiecte pot pluti pe apă? Asta am decis să aflu.
Ţintă:
Determinarea motivelor de nescufundabilitate a gheții.
Sarcini:
1. Aflați condițiile de plutire ale corpurilor.
2. Aflați de ce gheața nu se scufundă.
3. Efectuați un experiment pentru a studia flotabilitatea.
Ipoteză:
Poate că gheața nu se scufundă pentru că apa este mai densă decât gheața.
Parte principală:
De ce plutesc obiectele?
Dacă scufundați un corp în apă, acesta va înlocui puțină apă. Corpul ocupă locul în care era apa, iar nivelul apei crește.
Potrivit legendei, omul de știință grec antic Arhimede (287 - 212 î.Hr.), în timp ce se afla într-o baie, a ghicit că un corp scufundat înlocuiește un volum egal de apă. O gravură medievală îl înfățișează pe Arhimede făcându-și descoperirea. (vezi Anexa 1)
Forța cu care apa împinge un corp scufundat în el se numește forță de flotabilitate.
Legea lui Arhimede spune că forța de flotabilitate este egală cu greutatea lichidului deplasat de corpul scufundat în el. Dacă forța de flotabilitate este mai mică decât greutatea corpului, atunci se scufundă dacă este egală cu greutatea corpului, plutește.
Experimentul nr. 1 :(vezi Anexa 2)
Am decis să văd cum funcționează forța de flotabilitate, am observat nivelul apei și am coborât o minge de plastilină cu o bandă elastică într-un vas cu apă. După scufundare, nivelul apei a crescut și lungimea elasticului a scăzut. Am marcat noul nivel al apei cu un pix.
Concluzie: Din partea apei, asupra mingii de plastilină a acționat o forță îndreptată în sus. Prin urmare, lungimea benzii elastice a scăzut, adică. mingea scufundată în apă a devenit mai ușoară.
Apoi a modelat o barcă din aceeași plastilină și a coborât-o cu grijă în apă. După cum puteți vedea, apa a crescut și mai sus. Barca a deplasat mai multă apă decât mingea, ceea ce înseamnă că forța de flotabilitate este mai mare.
Magia s-a întâmplat, materialul care se scufundă plutește la suprafață! Hei Arhimede!
Pentru a preveni scufundarea unui corp, densitatea acestuia trebuie să fie mai mică decât densitatea apei.
Nu știi ce este densitatea? Aceasta este masa unei substanțe omogene pe unitatea de volum.
Experimentul nr. 2: „Dependența forței de plutire de densitatea apei”(vezi Anexa 3)
Am luat: un pahar cu apa curata (nu plin), un ou crud si sare.
Pune un ou într-un pahar, dacă oul este proaspăt, se va scufunda în fund. Apoi a început să toarne cu grijă sare în pahar și a privit cum oul începea să plutească.
Concluzie: Pe măsură ce densitatea unui lichid crește, crește forța de flotabilitate.
Există un buzunar de aer în ou, iar când densitatea lichidului se modifică, oul plutește la suprafață ca un submarin.
Anterior, înainte de inventarea frigiderelor, strămoșii noștri verificau dacă un ou era proaspăt sau nu: ouăle proaspete se scufundă în apă curată, iar ouăle stricate plutesc, deoarece în ele se formează gaz.
Experimentul nr. 3 „Lămâie care plutește în apă”(vezi Anexa 4)
Am umplut un recipient cu apă și am pus o lămâie în el. Lămâia plutește. Și apoi a decojit-o și a pus-o înapoi în apă. Lemon s-a înecat.
Concluzie: lămâia s-a scufundat pentru că densitatea ei a crescut. Coaja de lămâie este mai puțin densă decât interiorul ei și conține multe particule de aer care ajută lămâia să rămână la suprafața apei.
Experimentul nr. 4 (vezi Anexa 5)
1. Am turnat apa intr-un pahar si am pus-o afara. Când apa a înghețat, paharul a izbucnit. Am pus gheata formata intr-un recipient cu apa rece si am vazut ca pluteste.
2. Într-un alt recipient, sărați bine apa și amestecați până se dizolvă complet. Am luat gheață și am repetat experimentul. Gheața plutește și chiar mai bine decât în apă dulce, aproape jumătate ieșind din apă.
Totul clar! Un cub de gheață plutește pentru că atunci când îngheață, gheața se extinde și devine mai ușoară decât apa. Densitatea apei lichide obișnuite este puțin mai mare decât densitatea apei înghețate, adică a gheții Pe măsură ce densitatea lichidului crește, forța de flotabilitate crește.
Date științifice:
1 fapt Arhimede: orice corp scufundat într-un lichid este supus unei forțe de plutire.
Faptul 2 Mihail Lomonosov:
Gheața nu se scufundă deoarece are o densitate de 920 kg/cub.m. Iar apa, care este mai densă, este de 1000 kg/cub.m.
Concluzie:
Am găsit 2 motive pentru imposibilitatea de scufundare a gheții:
- Orice corp scufundat în apă este supus unei forțe de plutire.
- Densitatea gheții este mai mică decât densitatea oricărei ape.
Să încercăm să ne imaginăm cum ar arăta lumea dacă apa ar avea proprietăți normale și gheața ar fi, așa cum ar trebui să fie orice substanță normală, mai densă decât apa lichidă.
Iarna, gheața mai densă înghețată de sus s-ar scufunda în apă, scufundându-se continuu în fundul rezervorului. Vara, gheața, protejată de un strat de apă rece, nu se putea topi.
Treptat, toate lacurile, iazurile, râurile, pâraiele aveau să înghețe complet, transformându-se în blocuri uriașe de gheață. În cele din urmă, mările aveau să înghețe, urmate de oceane. Lumea noastră frumoasă și înfloritoare ar deveni un deșert înghețat continuu, acoperit în unele locuri cu un strat subțire de apă topită. La urma urmei, atunci când toate substanțele îngheață, adică în timpul trecerii de la starea lichidă la starea solidă, se comprimă, dar apa, dimpotrivă, se extinde. Volumul său crește cu 9%. Dar când se formează gheață la suprafața apei, aceasta, fiind între aerul rece și apă, împiedică răcirea și înghețarea ulterioară a corpurilor de apă. Apropo, această proprietate neobișnuită a apei este importantă și pentru formarea solului în munți. Intrând în mici crăpături care se găsesc întotdeauna în pietre, apa de ploaie se extinde atunci când îngheață și distruge piatra. Astfel, treptat suprafața de piatră devine capabilă să adăpostească plantele care, cu rădăcinile lor, completează acest proces de distrugere a pietrelor și duc la formarea solului pe versanții munților.
Gheața se află întotdeauna la suprafața apei și servește ca un adevărat izolator termic. Adică, apa de dedesubt nu se răcește la fel de mult stratul de gheață îl protejează în mod fiabil de îngheț. De aceea, este rar ca un corp de apă să înghețe până la fund în timpul iernii, deși acest lucru este posibil la temperaturi extreme ale aerului.
Creșterea bruscă a volumului atunci când apa se transformă în gheață este o caracteristică importantă a apei. Această caracteristică trebuie deseori luată în considerare în viața practică. Dacă lăsați un butoi cu apă la rece, apa va îngheța și va sparge butoiul. Din același motiv, nu trebuie să lăsați apă în caloriferul unei mașini parcate într-un garaj rece. În înghețuri severe, trebuie să fiți atenți la cea mai mică întrerupere a furnizării de apă caldă prin conductele de încălzire a apei: apa care s-a oprit în conducta exterioară poate îngheța rapid, iar apoi conducta va sparge.
Da, un buștean, oricât de mare ar fi, nu se scufundă în apă. Secretul acestui fenomen este că densitatea lemnului este mai mică decât densitatea apei.
Apropo...
Sunt copaci care se îneacă în apă! Motivul pentru aceasta este că densitatea lor este mai mare decât densitatea apei. Acești copaci sunt numiți copaci „de fier”. „Arborele de fier” includ, de exemplu, papagală persană, azobe (arborele african de fier tropical), lemnul amazonian, abanosul, lemnul de trandafir sau lemnul de trandafir, kumaru și altele. Toți acești copaci au lemn foarte tare și dens, bogat în uleiuri, coaja acestor copaci este rezistentă la putrezire. Prin urmare, o barcă din astfel de lemn se va scufunda imediat în fund, dar „copacii de fier” sunt un material excelent pentru fabricarea mobilierului.
În mări și oceane există uneori uriași munți de gheață - aisberguri. Aceștia sunt ghețari care au alunecat în jos din munții polari și au fost duși de curent și vânt în larg. Înălțimea lor poate ajunge la 200 de metri, iar volumul lor poate ajunge la câteva milioane de metri cubi. Nouă zecimi din masa totală a aisbergului este ascunsă sub apă. Prin urmare, întâlnirea cu el este foarte periculoasă. Dacă nava nu observă la timp gigantul de gheață în mișcare, poate suferi daune grave sau chiar poate muri într-o coliziune.
Orez. 4. Nouă zecimi din masa aisbergului se află sub apă.
Chiar dacă nava este făcută din fier, foarte grea și chiar transportă oameni și marfă, nu se scufundă. De ce? Dar ideea este că în navă, pe lângă echipaj, pasageri și marfă, există aer. Și aerul este mult mai ușor decât apa. Nava este proiectată în așa fel încât să existe un spațiu în interiorul ei umplut cu aer. Acesta este cel care susține nava la suprafața apei și o împiedică să se scufunde.
Submarine
Submarinele se scufundă și ies la suprafață, modificându-și densitatea relativă. Au containere mari la bord - tancuri de balast. Când aerul le părăsește și apa este pompată, densitatea bărcii crește și aceasta se scufundă. Pentru a pluti la suprafață, echipajul elimină apa din rezervoare și pompează aer în ea. Densitatea scade din nou și barca plutește la suprafață. Tancurile de balast sunt plasate între carcasa exterioară și pereții compartimentului interior. Echipajul locuiește și lucrează în compartimentul interior. Submarinul este echipat cu elice puternice care îi permit să se deplaseze prin apă. Unele bărci au reactoare nucleare.
Concluzie.
Deci, după ce am muncit mult, am înțeles. Că ipoteza mea despre motivul pentru care gheața nu se scufundă a fost confirmată.
Motive pentru imposibilitatea de scufundare gheaţă:
1. Gheața este formată din cristale de apă cu aer între ele. Prin urmare, densitatea gheții este mai mică decât densitatea apei.
2. O forță de plutire acționează asupra gheții din partea apei.
Dacă apa ar fi un lichid normal și nu un lichid unic, nu ne-ar plăcea să patinăm. Nu ne rostogolim pe sticlă, nu-i așa? Dar este mult mai netedă și mai atractivă decât gheața. Dar sticla este un material pe care patinele nu vor aluneca. Dar pe gheață, chiar dacă nu este de foarte bună calitate, patinajul este o plăcere. Vei întreba de ce? Cert este că greutatea corpului nostru apasă pe lama foarte subțire a patinei, care exercită o presiune puternică asupra gheții. Ca urmare a acestei presiuni a patinului, gheața începe să se topească, formând o peliculă subțire de apă pe care patinul alunecă perfect.
Aplicație
Anexa 1
Copiii mici pun foarte des întrebări interesante adulților și nu întotdeauna le răspund imediat. Pentru a nu părea prost copilului dumneavoastră, vă recomandăm să vă familiarizați cu un răspuns complet și detaliat, bine întemeiat, referitor la flotabilitatea gheții. La urma urmei, plutește, nu se îneacă. De ce se întâmplă asta?
Cum să explici unui copil procesele fizice complexe?
Primul lucru care îmi vine în minte este densitatea. Da, de fapt, gheața plutește pentru că este mai puțin densă decât . Dar cum să explic unui copil ce este densitatea? Nimeni nu este obligat să-i spună programa școlară, dar este foarte posibil să se reducă totul la ceea ce este. La urma urmei, de fapt, același volum de apă și gheață are greutăți diferite. Dacă studiem problema mai detaliat, putem exprima și alte motive, în afară de densitate.
nu numai pentru că densitatea sa redusă îl împiedică să se scufunde mai jos. Motivul este, de asemenea, că mici bule de aer sunt înghețate în gheață. De asemenea, reduc densitatea și, prin urmare, în general, se dovedește că greutatea plăcii de gheață devine și mai mică. Când gheața se extinde, nu ia mai mult aer, dar toate acele bule care sunt deja în interiorul acestui strat rămân acolo până când gheața începe să se topească sau să se sublimeze.
Efectuarea unui experiment asupra forței de dilatare a apei
Dar cum poți dovedi că gheața se extinde de fapt? La urma urmei, apa se poate extinde, deci cum se poate dovedi acest lucru în condiții artificiale? Puteți efectua un experiment interesant și foarte simplu. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de o cană de plastic sau carton și apă. Cantitatea nu trebuie să fie mare, nu trebuie să umpleți paharul până la refuz. De asemenea, în mod ideal aveți nevoie de o temperatură de aproximativ -8 grade sau mai mică. Dacă temperatura este prea mare, experiența va dura nerezonabil de mult.
Deci, se toarnă apă înăuntru, trebuie să așteptăm să se formeze gheață. Deoarece am ales temperatura optimă la care un volum mic de lichid se va transforma în gheață în două până la trei ore, puteți merge în siguranță acasă și așteptați. Trebuie să așteptați până când toată apa se transformă în gheață. După ceva timp ne uităm la rezultat. O cupă care este deformată sau ruptă de gheață este garantată. La o temperatură mai scăzută, efectele par mai impresionante, iar experimentul în sine durează mai puțin timp.
Consecințe negative
Se dovedește că un experiment simplu confirmă că blocurile de gheață se extind cu adevărat atunci când temperatura scade, iar volumul de apă crește cu ușurință atunci când îngheață. De regulă, această caracteristică provoacă o mulțime de probleme oamenilor uituci: o sticlă de șampanie lăsată mult timp pe balcon în pauzele de Revelion din cauza expunerii la gheață. Deoarece forța de expansiune este foarte mare, nu poate fi influențată în niciun fel. Ei bine, în ceea ce privește flotabilitatea blocurilor de gheață, nu este nimic de demonstrat aici. Cei mai curioși pot realiza cu ușurință un experiment similar primăvara sau toamna singuri, încercând să înece bucăți de gheață într-o băltoacă mare.
Nu suntem deloc surprinși de blocurile de gheață plutitoare la începutul primăverii, când rezervoarele încep să se elibereze de „îmbrăcămintea” de iarnă și dezvăluie frumusețea apei proaspete ochiului uman. Suntem atât de obișnuiți cu acest fenomen natural încât nici nu ne gândim la el și ne întrebăm de ce gheața nu se topește? Și dacă vă gândiți bine, nu vă amintiți imediat exemple în care solide precum gheața plutesc în lichide care se formează atunci când se topesc. Poti topi parafina sau ceara intr-un recipient si arunca o bucata din aceeasi substanta, doar in stare solida, in balta rezultata. Și ce vedem? Ceara și parafina se scufundă în siguranță în lichidul care se formează ca urmare a topirii lor.
De ce gheața nu se scufundă în apă? Faptul este că apa din acest exemplu este o excepție foarte rară și în mod inerent unică. În natură, doar metalul și fonta se comportă în mod similar cu o bucată de gheață care plutește pe suprafața apei.
Dacă gheața ar fi mai grea decât apa, cu siguranță s-ar scufunda sub propria greutate și, în același timp, s-ar deplasa la suprafață apa situată în partea inferioară a rezervorului. Ca rezultat, întregul rezervor ar îngheța până la fund! Cu toate acestea, atunci când apa îngheață, apare o situație complet diferită. Transformarea apei în gheață îi crește volumul cu aproximativ 10% și este în acest moment gheața are o densitate mai mică decât apa însăși. Din acest motiv gheața plutește la suprafața apei și nu se scufundă. Același lucru poate fi observat atunci când o barcă de hârtie, a cărei densitate este de mult mai mică decât densitatea apei, este coborâtă pe apă. Dacă barca ar fi fost făcută din lemn sau alt material, cu siguranță s-ar fi scufundat. Dacă comparăm indicatorii de densitate în cifre, atunci, de exemplu, dacă densitatea apei este una, atunci densitatea gheții va fi egală cu 0,91.
Creșterea volumului de apă atunci când se transformă în gheață trebuie luată în considerare în viața de zi cu zi. Este suficient să lăsați un butoi umplut până sus cu apă la rece, iar lichidul va îngheța și va sparge recipientul. De aceea nu este recomandat sa lasi apa in caloriferul unui vehicul care este parcat la frig. De asemenea, în înghețuri severe, trebuie să fiți atenți la întreruperile în alimentarea cu apă caldă care curge prin conductele de încălzire. Dacă rămâne apă în conducta exterioară, aceasta va îngheța instantaneu, ceea ce va duce inevitabil la deteriorarea alimentării cu apă.
După cum se știe, în oceane și mări la adâncimi mari, unde temperatura este sub zero, apa încă nu îngheață și nu se transformă în bloc de gheață. Este destul de simplu de explicat - straturile superioare de apă creează o presiune enormă. De exemplu, un strat de apă de un kilometru presează cu o forță de peste o sută de atmosfere.
Dacă apa ar fi un lichid normal și nu un lichid unic, nu ne-ar plăcea să patinăm. Nu ne rostogolim pe sticlă, nu-i așa? Dar este mult mai netedă și mai atractivă decât gheața. Dar sticla este un material pe care patinele nu vor aluneca. Dar pe gheață, chiar nu de foarte bună calitate, patinajul este o plăcere. Vei întreba de ce? Cert este că greutatea corpului nostru apasă pe lama foarte subțire a patinei, ceea ce exercită o presiune puternică asupra gheaţă. Ca urmare a acestei presiuni a patinului, gheața începe să se topească, formând o peliculă subțire de apă pe care patinul alunecă perfect.
Cum să explici unui copil procesele fizice complexe?
Primul lucru care îmi vine în minte este densitatea. Da, de fapt, gheața plutește pentru că este mai puțin densă decât apa. Dar cum să explic unui copil ce este densitatea? Nimeni nu este obligat să-i spună programa școlară, dar este foarte posibil să se reducă la faptul că gheața este mai ușoară. La urma urmei, de fapt, același volum de apă și gheață are greutăți diferite. Dacă studiem problema mai detaliat, putem exprima și alte motive, în afară de densitate.
Gheața nu se scufundă în apă nu numai pentru că densitatea sa redusă o împiedică să se scufunde mai jos. Motivul este, de asemenea, că mici bule de aer sunt înghețate în gheață. De asemenea, reduc densitatea și, prin urmare, în general, se dovedește că greutatea plăcii de gheață devine și mai mică. Când gheața se extinde, nu ia mai mult aer, dar toate acele bule care sunt deja în interiorul acestui strat rămân acolo până când gheața începe să se topească sau să se sublimeze.
Efectuarea unui experiment asupra forței de dilatare a apei
Dar cum poți dovedi că gheața se extinde de fapt? La urma urmei, apa se poate extinde, deci cum se poate dovedi acest lucru în condiții artificiale? Puteți efectua un experiment interesant și foarte simplu. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de o cană de plastic sau carton și apă. Cantitatea nu trebuie să fie mare, nu trebuie să umpleți paharul până la refuz. De asemenea, în mod ideal aveți nevoie de o temperatură de aproximativ -8 grade sau mai mică. Dacă temperatura este prea mare, experiența va dura nerezonabil de mult.
Deci, se toarnă apă înăuntru, trebuie să așteptăm să se formeze gheață. Deoarece am ales temperatura optimă la care un volum mic de lichid se va transforma în gheață în două până la trei ore, puteți merge în siguranță acasă și așteptați. Trebuie să așteptați până când toată apa se transformă în gheață. După ceva timp ne uităm la rezultat. O cupă care este deformată sau ruptă de gheață este garantată. La o temperatură mai scăzută, efectele par mai impresionante, iar experimentul în sine durează mai puțin timp.
Consecințe negative
Se dovedește că un experiment simplu confirmă că blocurile de gheață se extind cu adevărat atunci când temperatura scade, iar volumul de apă crește cu ușurință atunci când îngheață. De regulă, această caracteristică provoacă o mulțime de probleme oamenilor uituci: o sticlă de șampanie lăsată mult timp pe balcon în pauzele de Revelion din cauza expunerii la gheață. Deoarece forța de expansiune este foarte mare, nu poate fi influențată în niciun fel. Ei bine, în ceea ce privește flotabilitatea blocurilor de gheață, nu este nimic de demonstrat aici. Cei mai curioși pot realiza cu ușurință un experiment similar primăvara sau toamna singuri, încercând să înece bucăți de gheață într-o băltoacă mare.
Nimeni nu se îndoiește că gheața plutește pe apă; toată lumea a văzut asta de sute de ori atât pe iaz, cât și pe râu.
Dar câți oameni s-au gândit la această întrebare: toate solidele se comportă la fel ca gheața, adică plutesc în lichidele formate atunci când se topesc?
Topiți parafina sau ceara într-un borcan și aruncați o altă bucată din aceeași substanță solidă în acest lichid, se va scufunda imediat. La fel se va întâmpla cu plumbul, cu staniul și cu multe alte substanțe. Se pare că, de regulă, solidele se scufundă întotdeauna în lichide care se formează atunci când se topesc.
Manevrând apa cel mai des, suntem atât de obișnuiți cu fenomenul opus încât uităm adesea această proprietate, caracteristică tuturor celorlalte substanțe. Trebuie amintit că apa este o excepție rară în acest sens. Doar bismutul metalic și fonta se comportă la fel ca apa.
Dacă gheața ar fi mai grea decât apa și nu ar rămâne pe suprafața ei, ci s-ar scufunda, atunci chiar și în rezervoare adânci apa ar îngheța complet iarna. De fapt, gheața care cade pe fundul iazului ar deplasa straturile inferioare de apă în sus, iar acest lucru s-ar întâmpla până când toată apa se va transforma în gheață.
Cu toate acestea, atunci când apa îngheață, se întâmplă opusul. În momentul în care apa se transformă în gheață, volumul acesteia crește brusc cu aproximativ 10 la sută, făcând gheața mai puțin densă decât apa. De aceea plutește în apă, la fel cum orice corp plutește într-un lichid de mare densitate: un cui de fier în mercur, un dop în ulei etc. Dacă presupunem că densitatea apei este egală cu unitatea, atunci densitatea de gheața va fi doar 0,91. Această cifră ne permite să aflăm grosimea bancului de gheață care plutește pe apă. Dacă înălțimea bancului de gheață deasupra apei este, de exemplu, de 2 centimetri, atunci putem trage concluzia că stratul subacvatic al bancului de gheață este de 9 ori mai gros, adică egal cu 18 centimetri, iar întregul banc de gheață este de 20. centimetri grosime.
În mări și oceane există uneori uriași munți de gheață - aisberguri (Fig. 4). Aceștia sunt ghețari care au alunecat în jos din munții polari și au fost duși de curent și vânt în larg. Înălțimea lor poate ajunge la 200 de metri, iar volumul lor poate ajunge la câteva milioane de metri cubi. Nouă zecimi din masa totală a aisbergului este ascunsă sub apă. Prin urmare, întâlnirea cu el este foarte periculoasă. Dacă nava nu observă la timp gigantul de gheață în mișcare, poate suferi daune grave sau chiar poate muri într-o coliziune.
Creșterea bruscă a volumului în timpul tranziției apei lichide în gheață este o caracteristică importantă a apei. Această caracteristică trebuie deseori luată în considerare în viața practică. Dacă lăsați un butoi cu apă la rece, apa va îngheța și va sparge butoiul. Din același motiv, nu trebuie să lăsați apă în caloriferul unei mașini parcate într-un garaj rece. În înghețuri severe, trebuie să fiți atenți la cea mai mică întrerupere a furnizării de apă caldă prin conductele de încălzire a apei: apa care s-a oprit în conducta exterioară poate îngheța rapid, iar apoi conducta va sparge.
Înghețată în crăpăturile stâncilor, apa provoacă adesea prăbușirea munților.
Să luăm acum în considerare un experiment care este direct legat de expansiunea apei atunci când este încălzită. Punerea în scenă a acestui experiment necesită echipamente speciale și este puțin probabil ca vreun cititor să-l reproducă acasă. Da, aceasta nu este o necesitate; Experiența este ușor de imaginat și vom încerca să-i confirmăm rezultatele folosind exemple familiare tuturor.
Să luăm un metal foarte puternic, de preferință un cilindru de oțel (Fig. 5), să turnăm niște împușcături în fund, să-l umplem cu apă, să fixăm capacul cu șuruburi și să începem să rotiți șurubul. Deoarece apa se comprimă foarte puțin, nu va trebui să rotiți șurubul mult timp. După doar câteva rotații, presiunea din interiorul cilindrului crește la sute de atmosfere. Dacă acum răciți cilindrul chiar și la 2-3 grade sub zero, apa din el nu va îngheța. Dar cum poți fi sigur de asta? Dacă deschidem cilindrul, atunci la această temperatură și presiune atmosferică apa se va transforma instantaneu în gheață și nu vom ști dacă era lichidă sau solidă când era sub presiune. Peleții stropiți ne vor ajuta aici. Când cilindrul s-a răcit, întoarceți-l cu susul în jos. Dacă apa este înghețată, împușcătura va fi în partea de jos, dacă nu este înghețată, împușcatura se va aduna la capac. Să deșurubam șurubul. Presiunea va scădea și apa va îngheța cu siguranță. După îndepărtarea capacului, ne asigurăm că toată lovitura s-a adunat lângă capac. Aceasta înseamnă că apa sub presiune nu a înghețat la temperaturi sub zero.
Experiența arată că punctul de îngheț al apei scade odată cu creșterea presiunii cu aproximativ un grad la fiecare 130 de atmosfere.
Dacă am începe să ne bazăm raționamentul pe baza observațiilor multor alte substanțe, ar trebui să ajungem la concluzia opusă. Presiunea ajută de obicei lichidele să se solidifice: sub presiune, lichidele îngheață la o temperatură mai mare și acest lucru nu este surprinzător dacă vă amintiți că majoritatea substanțelor scad în volum atunci când se solidifică. Presiunea determină o scădere a volumului și aceasta facilitează trecerea lichidului în stare solidă. Când apa se întărește, așa cum știm deja, nu scade în volum, ci, dimpotrivă, se extinde. Prin urmare, presiunea, împiedicând expansiunea apei, îi scade punctul de îngheț.
Se știe că în oceanele la adâncimi mari temperatura apei este sub zero grade și totuși apa de la aceste adâncimi nu îngheață. Acest lucru se explică prin presiunea creată de straturile superioare de apă. Un strat de apă gros de un kilometru presează cu o forță de aproximativ o sută de atmosfere.
Dacă apa ar fi un lichid normal, cu greu am experimenta plăcerea de a patina pe gheață. Ar fi la fel ca rularea pe sticlă perfect netedă. Patinele nu alunecă pe sticlă. Este cu totul altceva pe gheață. Patinajul pe gheață este foarte ușor. De ce? Sub greutatea corpului nostru, lama subțire a patinei produce o presiune destul de puternică asupra gheții, iar gheața de sub patină se topește; se formează o peliculă subțire de apă, care servește ca un lubrifiant excelent.
