HomeРазноеПочему лед не тонет в воде 2 класс: Исследовательская работа «ПОЧЕМУ НЕ ТОНЕТ ЛЕД?»

Почему лед не тонет в воде 2 класс: Исследовательская работа «ПОЧЕМУ НЕ ТОНЕТ ЛЕД?»

Содержание

Исследовательская работа «ПОЧЕМУ НЕ ТОНЕТ ЛЕД?»

Муниципальное общеобразовательное автономное учреждение

средняя общеобразовательная школа с. Васильевки

Исследовательская работа

Почему лёд не тонет в воде?

ученицы 3 «б» класса

Белогубовой Софьи

Руководитель: Клименко

Людмила Сергеевна,

учитель I квалификационной

категории

Содержание работы.

1. Введение……………………………………………………………. 3

2.Основная часть:………………………………………………………4-6

2.1. Почему же предметы плавают?…………………………………………..

2.2. Древнегреческий ученый Архимед……………………………………

2.3. Закон Архимеда………………………………………………………….

2.4. Эксперименты…………………………………………………………..

2.5. Важная особенность воды……………………………………………

3. Заключение………………………………………………………….7

4. Список литературы…………………………………………………8

5. Приложения…………………………………………………………9-10

2

Введение.

В огне не горит,

В воде не тонет.

Актуальность темы

Почему одни вещества тонут в воде, а другие нет? Понимание законов плавучести позволяет инженерам строить корабли из металлов, которые плавают и не тонут.

     В том, что лёд плавает на воде, никто не сомневается; каждый это видел сотни раз и на пруду, и на реке.

Но почему это происходит?

Какие ещё предметы способны держаться на воде?

Вот это я и решила выяснить.

Поставила цель:

Определить причины непотопляемости льда.

Обозначила ряд задач:

— выяснить условия плавания тел;

— выяснить, почему не тонет лёд;

— провести эксперимент по изучению плавучести.

Выдвинула гипотезу:

Возможно, лёд не тонет, потому, что, вода плотнее льда.

Методы исследования:

— теоретический анализ литературы;

— метод наблюдения;

— практический метод.

Практический материал пригодится мне на уроках чтения, окружающего мира.

3

Основная часть

Если погрузить тело в воду, оно вытеснит некоторое количество воды. Тело занимает место, где раньше была вода, и уровень воды поднимается.

Если верить легенде, древнегреческий ученый Архимед (287 — 212 до н.э.), находясь в ванне, догадался, что погруженное тело вытесняет равный объем воды. На средневековой гравюре изображен Архимед, совершивший свое открытие.(см. Приложение1)

Сила, с которой вода выталкивает погруженное в нее тело, называется силой выталкивания.

Закон Архимеда гласит, что сила выталкивания равна весу жидкости, вытесненной погруженным в неё телом. Если сила выталкивания меньше веса тела, то оно тонет, если она равна весу тела, оно плавает.

Эксперимент № 1 (см. Приложение 1)

Я решила увидеть, как действует сила выталкивания, отметила уровень воды, опустила в сосуд с водой пластилиновый шарик на резинке. После погружения уровень воды поднялся, а длина резинки уменьшилась. Отметила фломастером новый уровень воды.

Вывод: Со стороны воды на пластилиновый шарик подействовала сила, направленная вверх. Поэтому уменьшилась длина резинки, т.е. шарик, погруженный в воду, стал легче.

Потом слепила из этой же пластилина лодочку и осторожно опустила её на воду. Как видите, вода поднялась ещё выше. Лодочка вытеснила больше воды, чем шарик, а значит, и сила выталкивания больше.

Волшебство свершилось, тонущий материал плавает на поверхности! Ай да Архимед!

Чтобы тело не тонуло, его плотность должна быть меньше плотности воды.

Не знаете, что такое плотность? Это масса однородного вещества в единице объема.

4

Эксперимент № 2: (см. Приложение 2)

В стакан налила воду и поставила на улицу. Когда вода замёрзла, стакан лопнул. Положила образовавшийся лёд в емкость с холодной водой и увидела, что он плавает.

В другой ёмкости посолила хорошенько воду и размешала до полного ее растворения. Взяла лёд и повторила опыт. Лёд плавает, и даже лучше, чем в пресной воде, чуть ли не наполовину выступая из воды.

Все ясно! Кубик льда плавает, потому что, при замерзании лёд расширяется и становится легче воды. Плотность обычной, жидкой воды несколько больше, чем плотность замерзшей воды, то есть, льда. При увеличении плотности жидкости увеличивается выталкивающая сила.

Научные факты:

1факт Архимед: на всякое тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила.

2 факт Михаил Ломоносов:

Лёд не тонет потому, что имеет плотность – 920 кг\куб.м. А вода, плотнее –1000 кг\куб.м.

Вывод:

Я нашла 2 причины непотопляемости льда:

  • на всякое тело, погружённое в воду, действует выталкивающая сила;

  • плотность льда меньше плотности любой воды.

Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода обладала нормальными свойствами, и лед был бы, как и полагается любому нормальному веществу, плотнее жидкой воды. Зимой намерзающий сверху более плотный лед тонул бы в воде, непрерывно опускаясь на дно водоема. Летом лед, защищенный толщей холодной воды, не мог бы растаять.

Постепенно все озера, пруды, реки, ручьи промерзли бы нацело, превратившись в гигантские ледяные глыбы. Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш прекрасный цветущий зеленый мир стал бы

5

сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тонким слоем талой воды. Одним из таких неповторимых свойств воды является ее способность расширяться при замерзании. Ведь все вещества при замерзании, то есть при переходе из жидкого состояния в твердое, сжимаются, а вода наоборот – расширяется. Ее объем при этом увеличивается на 9%. Но когда на поверхности воды образуется лед, то он, находясь между холодным воздухом и водой, препятствует дальнейшему охлаждению и промерзанию водоемов. Это необычное свойство воды, кстати, имеет важность и для образования почвы в горах. Попадая в маленькие трещины, которые всегда найдутся в камнях, дождевая вода при замерзании расширяется и разрушает камень. Так, постепенно каменная поверхность становится способной приютить растения, которые своими корнями довершают этот процесс разрушения камней и приводят к образованию на склонах гор почвы.

Лед всегда находится на поверхности воды и служит настоящим теплоизолятором. То есть вода под ним не так охлаждается, ледяная шуба надежно защищает ее от мороза. Оттого редкий водоем промерзает зимой до дна, хотя при экстремальных температурах воздуха это возможно.

Внезапное увеличение объёма при переходе воды 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.

Да, бревно, какое бы оно ни было большое, в воде не тонет. Секрет этого явления в том, что плотность дерева меньше плотности воды.

6

Заключение.

Таким образом, проделав большую работу, я поняла. Что моя гипотеза, о том, почему лёд не тонет, подтвердилась.

Причины непотопляемости льда:

1. Лёд состоит из кристаллов воды, между которыми находится воздух. Следовательно, плотность льда меньше плотности воды.

2. На лёд со стороны воды действует выталкивающая сила.

Если бы вода была нормальной, а не уникальной жидкостью, мы не получали бы удовольствие от катания на коньках. Мы же не катаемся по стеклу? А ведь оно намного глаже и привлекательнее льда. Но стекло – такой материал, по которому коньки скользить не будут. А вот по льду, даже не очень хорошего качества кататься на коньках одно удовольствие. Вы спросите почему? Дело в том, что тяжесть нашего тела давит на очень тонкое лезвие конька, которое оказывает сильное давление на лед. В результате этого давления от конька лед начинает таять с образованием тонкой пленки воды, по которой конек превосходно скользит.

7

Список литературы

  1. Детская энциклопедия «Я познаю мир».

  2. Зедлаг У. «Удивительное на планете Земля».

  3. Интернет ресурсы.

  4. Рахманов А. И. «Явления природы».

  5. Энциклопедия «Мир природы».

8

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Почему лед плавает. Почему лёд не тонет в воде? — Other. Сравнение плотности воды и льда

Лед и вода.

Известно, что кусок льда, помещенный в стакан с водой, не тонет. Это происходит потому, что на лед со стороны воды действует выталкивающая сила.

Рис. 4.1. Лёд в воде.

Как видно из рис. 4.1, выталкивающая сила является результирующей сил давления воды, действующих на поверхность погруженной под воду части льда (на рис. 4.1 заштрихованная область). Лед плавает на воде, так как сила тяжести, тянущая его ко дну, уравновешивается выталкивающей силой.
Представим себе, что льда в стакане нет, а заштрихованная на рисунке область заполнена водой. Здесь между водой, находящейся в пределах этой области и вне ее, не будет границы раздела. Однако и в этом случае выталкивающая сила и сила тяжести, действующие на воду, заключенную в заштрихованной области, уравновешивают друг друга. Так как в обоих рассмотренных выше случаях выталкивающая сила остается неизменной, то это значит, что сила тяжести, действующая на кусок льда и па воду в пределах вышеуказанной области, одинакова. Другими словами, они имеют равный вес. Правильно также и то, что масса льда равна массе воды в заштрихованной области.
Растаяв, лед превратится в воду той же массы и заполнит объем, равный объему заштрихованной области. Поэтому уровень воды в стакане с водой и куском льда после того, как лед растает, не изменится.
Жидкое и твердое состояния.

Теперь мы знаем, что объем куска льда больше объема, занимаемого водой равной массы. Отношение массы вещества к занимаемому им объему называют плотностью данного вещества. Следовательно, плотность льда меньше плотности воды. Их численные значения, измеренные при 0 °С, составляют: для воды — 0,9998, для льда — 0,917 г/см3. Не только лед, но и другие твердые тела при нагревании достигают определенной температуры, при которой начинается их переход в жидкое состояние. В случае плавления чистого вещества его температура при нагревании не начнет повышаться, пока вся его масса не перейдет в жидкое состояние. Эта температура называется точкой плавления данного вещества. После того как плавление закончилось, нагревание будет приводить к дальнейшему повышению температуры жидкости. Если жидкость охладить, понижая температуру до точки плавления, начнется переход ее в твердое состояние.
Для большинства веществ, в отличие от случая со льдом и водой, плотность в твердом состоянии выше, чем в жидком. Например, аргон, обычно находящийся в газообразном состоянии, при температуре-189,2 °С затвердевает; плотность твердого аргона 1,809 г/см3 (в жидком состоянии плотность аргона 1,38 г/см3). Итак, если сравнивать плотность вещества в твердом состоянии при температуре, близкой к точке плавления, с плотностью его в жидком состоянии, то окажется, что в случае аргона она уменьшается на 14,4%, а в случае натрия — на 2,5%.
Изменение плотности вещества при переходе через точку плавления для металлов обычно невелико, за исключением алюминия и золота (соответственно 0 и 5,3 %). Для всех этих веществ, п отличие от воды, процесс затвердевания начинается не па поверхности, а иа дне.
Существуют, однако, металлы, плотность которых при переходе в твердое состояние уменьшается. К ним относятся сурьма, висмут, галлий, для которых это уменьшение составляет, соответственно, 0,95, 3,35 и 3,2 %. Галлий, температура плавления которого равна -29,8 °С, вместе со ртутью и цезием относится к классу легкоплавких металлов.
Различие между твердым и жидким состояниями вещества.

В твердом состоянии, в отличие от жидкого, молекулы, из которых состоит вещество, расположены упорядоченно.

Рис. 4.2. Различие между жидким и твердым состояниями вещества

На рис. 4.2(справа) приведен пример плотной упаковки молекул (условно изображены кружочками), характерной для вещества в твердом состоянии. Рядом приведена неупорядоченная структура, характерная для жидкости. В жидком состоянии молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга, обладают большей свободой перемещения, и, как следствие, вещество в жидком состоянии легко изменяет свою форму, то есть обладает таким свойством, как текучесть.
Для текучих веществ, как уже отмечалось выше, характерно беспорядочное расположение молекул, однако не все вещества, имеющие такую структуру, способны течь. Примером является стекло, молекулы которого располагаются беспорядочно, однако текучестью оно не обладает.
Кристаллическими называются вещества, молекулы которых располагаются упорядоченно. В природе существуют вещества, кристаллы которых имеют характерный для них вид. К их числу относятся кварц и лед. Твердые металлы, такие как железо и свинец, в природе в виде больших кристаллов не встречаются. Однако, изучая их поверхность под микроскопом, можно различить скопления небольших кристалликов, как это видно на фотографии (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Микрофотография поверхности железа.

Существуют специальные методы, позволяющие получать большие кристаллы металлических веществ.
Каких бы размеров ни были кристаллы, общим для них является упорядоченное расположение молекул. Для них характерно также существование совершенно определенной точки плавления. Это значит, что температура плавящегося тела при нагревании не увеличивается до тех пор, пока оно полностью не расплавится. У стекла, в отлично от кристаллических веществ, нет определенной температуры плавления: при нагревании оно постепенно размягчается и превращается в обычную жидкость. Таким образом, точка плавления соответствует температуре, при которой разрушается упорядоченное расположение молекул и кристаллическая структура переходит в неупорядоченную. В заключение отметим еще одно интересное свойство стекла, объясняющееся отсутствием у него кристаллической структуры: приложив к нему долговременное растягивающее усилие, например па срок, равняющийся 10 годам, мы убедимся, что стекло течет подобно обыкновенной жидкости.
Упаковка молекул.

Используя рентгеновское излучение и электронный пучок, можно изучать, каким образом располагаются молекулы в кристалле. У рентгеновского излучения длина волны намного меньше, чем у видимого света, поэтому оно может дифрагировать на геометрически правильной кристаллической структуре атомов или молекул. Зарегистрировав на фотопластинке дифракционную картину (рис. 4.4), можно установить расположение атомов в кристалле. Используя этот же метод для жидкостей, можно убедиться, что молекулы в пей расположены неупорядоченно.

Рис. 4.4. Дифракция рентгеновских лучей на периодической структуре.
Рис. 4.5. Два способа плотной упаковки шариков.

Молекулы твердого тела, находящегося в кристаллическом состоянии, располагаются довольно сложно относительно друг друга. Сравнительно просто выглядит структура веществ, состоящих из атомов или молекул одного вида, как, например, кристалл аргона, представленный на рис. 4.5(слева), где шариками условно обозначены атомы. Плотно заполнить определенный объем пространства шариками можно различными способами. Такая плотная упаковка возможна благодаря наличию сил межмолекулярного притяжения, которые стремятся расположить молекулы так, чтобы занимаемый ими объем был минимальным. Однако в действительности структура на рис. 4.5 (справа) не встречается; дать объяснение этому факту непросто.
Так как представить себе различные способы размещения шариков в пространстве довольно трудно, рассмотрим, каким образом можно плотно расположить монеты на плоскости.

Рис. 4.6. Упорядоченное расположение монет на плоскости.

На рис. 4.6 представлены два таких способа: при первом — каждая молекула соприкасается с четырьмя соседними, центры которых являются вершинами квадрата со стороной d, где d — диаметр монеты; при втором — каждая монета соприкасается с шестью соседними. Пунктирными линиями на рисунке ограничена площадь, занимаемая одной монетой. В первом случае
она равна d 2 , а повтором эта площадь меньше и равна √3d 2 /2 .
Второй способ размещения монет существенно уменьшает зазор между ними.
Молекула внутри кристалла.
Цель исследования кристаллов — установить, как расположены в них молекулы. Кристаллы таких металлов, как золото, серебро, медь устроены подобно кристаллам аргона. В случае металлов следует говорить об упорядоченном расположении ионов, а не молекул. Атом меди, например, теряя один электрон, превращается в отрицательно заряженный ион меди. Электроны же совершают свободное движение между ионами. Если ионы условно представить в виде шариков, получим структуру, характеризующуюся плотной упаковкой. Кристаллы таких металлов, как натрий и калий по структуре от меди несколько отличаются. Молекулы СО 2 и органических соединений, состоящие из разных атомов, нельзя представить в виде шариков. Переходя в твердое состояние, они образуют чрезвычайно сложную кристаллическую структуру.

Рис. 4.7. Кристалл «сухого льда» (большие крупные шарики — атомы углерода)

На рис. 4.7 представлены кристаллы твердого СО2, называемые сухим льдом. Алмаз, не являющийся химическим соединением, тоже имеет особую структуру, так как между атомами углерода образуются химические связи.
Плотность жидкости.
При переходе в жидкое состояние молекулярная структура вещества становится неупорядоченной. Этот процесс может сопровождаться как уменьшением, так и увеличением объема, занимаемого данным веществом в пространстве.

Рис. 4.8. Модели из кирпичей, соответствующие структуре воды и твердого тела.

В качестве иллюстрации рассмотрим представленное на рис. 4.8 строение из кирпича. Пусть каждый кирпич соответствует одной молекуле. Кирпичное строение, разрушенное землетрясением, превращается в груду кирпича, размеры которой меньше, чем были у здания. Однако, если все кирпичи аккуратно сложить один к одному, объем занимаемого ими пространства станет еще меньшим. Подобная взаимосвязь существует между плотностью вещества в твердом и жидком состояниях. Кристаллам меди и аргона можно поставить в соответствие изображенную плотную упаковку кирпичей. Жидкое состояние в них соответствует груде кирпичей. Переход из твердого состояния в жидкое в этих условиях сопровождается уменьшением плотности.
В то же время переход от кристаллической структуры с большими межмолекулярными расстояниями (которой соответствует здание из кирпича) к жидкому состоянию сопровождается увеличением плотности. Однако в действительности многие кристаллы при переходе в жидкое состояние сохраняют большие межмолекулярные расстояния.
Для сурьмы, висмута, галлия и других металлов, в отличие от натрия п меди, не характерна плотная упаковка. Из-за больших межатомных расстояний при переходе в жидкую фазу их плотность возрастает.

Структура льда.

Молекула воды состоит из атома кислорода и двух атомов водорода, расположенных по разные стороны от него. В отличие от молекулы углекислого газа, у которой атом углерода и два атома кислорода располагаются вдоль одной прямой, у молекулы воды линии, соединяющие атом кислорода с каждым из атомов водорода, образуют между собой угол 104,5°. Поэтому между молекулами воды существуют силы взаимодействия, имеющие электрическую природу. Кроме того, благодаря особым свойствам атома водорода, при кристаллизации вода образует структуру, в которой каждая молекула связана с четырьмя соседними. Упрощенно эта структура представлена на рис. 4.9. Большими шариками обозначены атомы кислорода, маленькими черными — атомы водорода.

Рис. 4.9. Кристаллическая структура льда.

В этой структуре реализуются большие межмолекулярные расстояния. Поэтому, когда лед плавится и структура разрушается, объем, приходящийся на одну молекулу, уменьшается. Это приводит к тому, что плотность воды выше плотности льда и лед может плавать па воде.

Исследование 1
ПОЧЕМУ ПЛОТНОСТЬ ВОДЫ САМАЯ ВЫСОКАЯ ПРИ 4 °С?

Водородная связь и тепловое расширение.
Растаяв, лед превращается в воду, плотность которой выше, чем у льда. При дальнейшем повышении температуры воды се плотность увеличивается до тех пор, пока температура не достигнет 4 °С. Если при 0°С плотность воды равна 0,99984 г/см3, то при 4 °С она составляет 0,99997 г/см3. Дальнейшее повышение температуры вызывает уменьшение плотности и при 8°С она опять будет иметь то же значение, что и при 0 °С.

Рис. 4.10. Кристаллическая структура льда (большие шарики — атомы кислорода).

Это явление связано с наличием у льда кристаллической структуры. Со всеми подробностями она приведена на рис. 4.10, где для наглядности атомы изображены в виде шариков, а химические связи обозначены сплошными линиями. Особенностью структуры является то, что атом водорода находится всегда между двумя атомами кислорода, располагаясь ближе к одному из них. Таким образом, атом водорода способствует возникновению силы сцепления между двумя соседними молекулами воды. Эта сила сцепления называется водородной связью. Так как водородные связи возникают только в определенных направлениях, расположение молекул воды в куске льда близко к тетраэдрическому. Когда лед, растаяв, превращается в воду, значительная часть водородных связей не разрушается, благодаря чему сохраняется структура, близкая к тетраэдрической с характерными для нее большими межмолекулярными расстояниями. С повышением температуры растет скорость поступательного и вращательного движения молекул, в результате чего рвутся водородные связи, межмолекулярное расстояние уменьшается и увеличивается плотность воды.
Однако параллельно этому процессу при повышении температуры происходит тепловое расширение воды, которое вызывает уменьшение ее плотности. Влияние этих двух факторов приводит к тому, что максимальная плотность воды достигается при 4 °С. При температуре выше 4°С фактор, связанный с тепловым расширением, начинает преобладать и плотность опять уменьшается.

Исследование 2
ЛЕД ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ ИЛИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ

Разновидности льда.
Так как при кристаллизации воды межмолекулярные расстояния увеличиваются, плотность льда меньше, чем плотность воды. Если кусок льда подвергнуть действию высокого давления, то можно ожидать, что межмолекулярное расстояние уменьшится. Действительно, подвергнув лед при 0°С действию давления 14 кбар (1 кбар = 987 атм), получаем лед с другой кристаллической структурой, плотность которого 1,38 г/см3. Если находящуюся под таким давлением воду охлаждать при определенной температуре, она начнет
кристаллизоваться. Так как плотность такого льда выше, чем у воды, кристаллики не могут удержаться на ее поверхности и опускаются на дно. Таким образом, вода в сосуде кристаллизуется, начиная со дна. Такая разновидность льда получила название лед VI; обычный лед — лед I.
При давлении 25 кбар и температуре 100 °С вода затвердевает, превращаясь в лед VII с плотностью, равной 1,57 г/см3.

Рис. 4.11. Диаграмма состояний воды.

Изменяя температуру и давление, можно получить 13 разновидностей льда. Области изменения параметров показаны на диаграмме состояний (рис. 4.11). По этой диаграмме можно определить, какая разновидность льда соответствует заданным температуре и давлению. Сплошные линии соответствуют таким температурам и давлениям, при которых сосуществуют две различные структуры льда. Наибольшую плотность 1,83 г/см3 среди всех разновидностей льда имеет лед VIII.
При сравнительно низком давлении, 3 кбар, существует лед II, плотность которого тоже выше, чем у воды, и составляет 1,15 г/см3. Интересно отметить, что при температуре-120 °С кристаллическая структура исчезает и лед переходит в стекло-образное состояние.
Что касается воды и льда I, то из диаграммы видно, что по мере увеличения давления температура плавления падает. Так сак плотность воды выше, чем у льда, переход «лед — вода» сопровождается уменьшением объема, а приложенное извне давление только ускоряет этот процесс. У льда III, плотность которого выше, чем у воды, ситуация прямо противоположная — его температура плавления растет по мере повышения давления.

Нас совершенно не удивляют плавающие ледяные глыбы в начале весны, когда водоемы начинают освобождаться от зимней «одежды» и открывают человеческому взору красоту пресной воды. Мы настолько привыкли к этому природному явлению, что даже не задумываемся и не задаемся вопросом, почему лед не тает? И если подумать, то не сразу вспоминаешь примеры, когда твердые вещества наподобие льда плавают в жидкостях, которые образуются при их плавлении. Можно расплавить в емкости парафин или воск и в образовавшуюся лужицу бросить кусочек того же вещества, только в твердом состоянии. И что мы видим? Воск и парафин благополучно тонут в жидкости, которая образовалась в результате их же плавления.

Почему лёд не тонет в воде?
Дело в том, что вода в этом примере — очень редкое и уникальное по своей сути исключение. В природе только металл и чугун ведут себя аналогично кусочку льда, держащегося на поверхности воды.

ли бы лед был тяжелее воды, то он непременно бы тонул под своей же тяжестью и при этом вытеснял воду, находящуюся в нижней части водоема на поверхность. В результате весь водоем промерзал бы до самого дна! Однако, когда вода замерзает, происходит совершенно иная ситуация. Превращение воды в лед увеличивает ее объем приблизительно на 10% и именно в этот момент лед имеет меньшую плотность, нежели сама вода
. Именно по этой причине лед плавает на поверхности воды и не тонет. Тоже самое можно наблюдать, когда на воду опускается бумажный кораблик, плотность которого намного раз меньше плотности воды. Был бы кораблик из дерева или другого материала, то непременно утонул бы. Если сравнивать показатели плотности в цифрах, то, к примеру, если плотность воды составляет единицу, то плотность льда будет равна 0,91.

Увеличение объема воды при переходе ее в состояние льда следует учитывать и в повседневной жизни. Достаточно оставить на морозе бочку, доверху заполненную водой, то жидкость, замерзнув, разорвет емкость. Именно поэтому не рекомендуется оставлять воду в радиаторе автотранспортного средства, которое стоит на морозе. Также в сильные морозы необходимо опасаться перерывов в подаче теплой воды, идущей по трубам отопления. Если в наружной трубе осталась вода, то она моментально замерзает, что неминуемо приведет к повреждению водопровода.

Как известно, в океанах и морях на больших глубинах, где температура ниже нулевой отметки, вода все равно не замерзает и не превращается в глыбу льда
. Объяснить это достаточно просто — верхние слои воды создают огромное давление. К примеру, слой воды в один километр давит с силой более ста атмосфер.

Если бы вода была нормальной, а не уникальной жидкостью, мы не получали бы удовольствие от катания на коньках. Мы же не катаемся по стеклу? А ведь оно намного глаже и привлекательнее льда. Но стекло — такой материал, по которому коньки скользить не будут. А вот по льду, даже не очень хорошего качества кататься на коньках одно удовольствие. Вы спросите почему? Дело в том, что тяжесть нашего тела давит на очень тонкое лезвие конька, которое оказывает сильное давление на лед
. В результате этого давления от конька лед начинает таять с образованием тонкой пленки воды, по которой конек превосходно скользит.

Как объяснить ребенку сложные физические процессы?

Первое, что приходит на ум, так что плотность. Да, на самом деле, лёд плавает потому, что он менее плотный, чем вода. Но как объяснить ребенку, что такое плотность? Рассказывать ему школьную программу никто не обязан, а вот свести все к тому, что лёд легче, вполне реально. Ведь по факту один и то же объем воды и льда обладает разным весом. Если изучать проблему более подробно, то можно озвучить еще несколько причин, кроме плотности.
Лед в воде не тонет не только потому, что его уменьшенная плотность не дает ему опускаться ниже. Причина еще и в том, что в толще льда заморожены небольшие пузырьки воздуха. Они также уменьшают плотность, а потому в общем получается, что вес пластины из льда становится еще меньше. Когда лед расширяется, он не захватывает больше воздуха, но зато все те пузырьки, которые уже оказались внутри этого пласта, оказываются там до тех пор, пока лед не начнет таять или сублимироваться.

Проводим опыт над силой расширения воды

Но как доказать, что лёд на самом деле расширяется? Ведь вода тоже может расширяться, как же доказать это в искусственных условиях? Можно провести интересный и очень простой опыт. Для этого понадобится пластиковый или картонный стаканчик и вода. Ее количество необязательно должно быть большим, заполнять стаканчик до краев не потребуется. Также в идеале нужна температура около -8 градусов или ниже. Если температура будет слишком высокой, опыт продлится неоправданно долго.
Итак, вода залита внутрь, надо ждать, когда образуется лёд. Поскольку мы выбрали оптимальную температуру, при которой небольшой объем жидкости обратится в лёд в течение двух-трех часов, можно спокойно идти домой и ждать. Ждать нужно до тех пор, пока вся вода не обратится в лед. Спустя некоторое время смотрим на результат. Деформированный или разорванный льдом стаканчик гарантирован. При более низкой температуре последствия выглядят более эффектно, да и сам эксперимент занимает меньше времени.

Негативные последствия

Получается простой опыт подтверждает, что в ледяные глыбы и правда расширяются при уменьшении температуры, а объем воды легко увеличивается при замерзании. Как правило, эта особенность несет немало проблем забывчивым людям: бутылка шампанского, оставленная на балконе под Новый год на большой срок, разрывается из-за воздействия льда. Поскольку сила расширения очень большая, повлиять на нее никак нельзя. Ну а что касается плавучести ледяных глыб, то здесь можно ничего не доказывать. Самые любопытные могут легко провести подобный опыт весной или осенью самостоятельно, пытаясь утопить в большой луже кусочки льда.

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.

Ким Ирина, обучающаяся 4 класса

Исследовательская работа по теме » Почему лёд не тонет?»

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное казённое Образовательное Учреждение «Красноярская СОШ»

Исследовательская работа

Выполнила:

Ким Ирина,

обучающаяся 4 класса.

Руководитель:

Иванова Елена Владимировна,

учитель начальных классов.

с. Красный Яр 2013г.

1. Введение.

2.Основная часть:

Почему же предметы плавают?

Древнегреческий ученый Архимед.

Закон Архимеда.

Эксперименты.

Важная особенность воды.

3. Заключение.

4. Список литературы.

5. Приложения.

Введение.

Почему одни вещества тонут в воде, а другие нет? И почему есть так мало веществ, способных плавать в воздухе (т. е. летать)? Понимание законов плавучести (и погружения) позволяет инженерам строить корабли из металлов, которые тяжелее воды, и конструировать дирижабли и воздушные шары, способные плавать в воздухе. В спасательный жилет накачивают воздух, поэтому он помогает человеку держаться на воде.

В том, что лёд плавает на воде, никто не сомневается; каждый это видел сотни раз и на пруду, и на реке. Но почему это происходит? Какие ещё предметы способны держатся на воде? Вот это я и решила выяснить.

Цель:

Определение причин непотопляемости льда.

Задачи:

1.Выяснить условия плавания тел.

2. Выяснить, почему не тонет лёд.

3. Провести эксперимент по изучению плавучести.

Гипотеза:

Возможно, лёд не тонет, потому, что, вода плотнее льда.

Основная часть:

Почему же предметы плавают?

Если погрузить тело в воду, оно вытеснит некоторое количество воды. Тело занимает место, где раньше была вода, и уровень воды поднимается.

Если верить легенде, древнегреческий ученый Архимед (287 — 212 до н.э.), находясь в ванне, догадался, что погруженное тело вытесняет равный объем воды. На средневековой гравюре изображен Архимед, совершивший свое открытие
.
(см. Приложение1)

Сила, с которой вода выталкивает погруженное в нее тело, называется силой выталкивания.

Закон Архимеда гласит, что сила выталкивания равна весу жидкости, вытесненной погруженным в неё телом. Если сила выталкивания меньше веса тела, то оно тонет, если она равна весу тела, оно плавает.

Эксперимент № 1
:(см.Приложение 2)

Я решила увидеть, как действует сила выталкивания, отметила уровень воды, опустила в сосуд с водой пластилиновый шарик на резинке. После погружения уровень воды поднялся, а длина резинки уменьшилась. Отметила фломастером новый уровень воды.

Вывод: Со стороны воды на пластилиновый шарик подействовала сила, направленная вверх. Поэтому уменьшилась длина резинки, т.е. шарик, погруженный в воду стал легче.

Потом слепила из этой же пластилина лодочку и осторожно опустила её на воду. Как видите, вода поднялась ещё выше. Лодочка вытеснила больше воды, чем шарик, а значит, и сила выталкивания больше.

Волшебство свершилось, тонущий материал плавает на поверхности! Ай да Архимед!

Чтобы тело не тонуло, его плотность должна быть меньше плотности воды.

Не знаете, что такое плотность? Это масса однородного вещества в единице объема.

Эксперимент № 2: «Зависимость выталкивающей силы от плотности воды»
(см.Приложение 3)

Я взяла: стакан с чистой водой (неполный), сырое яйцо и соль.

Поместила в стакан яйцо, если яйцо свежее — оно опустится на дно. Затем начала аккуратно досыпать в стакан соль и наблюдала, как яйцо начнет всплывать.

Вывод: При увеличении плотности жидкости увеличивается выталкивающая сила.

В яйце есть воздушный пакет, и при изменении плотности жидкости яйцо всплывает к поверхности на манер подводной лодки.

Раньше, до изобретения холодильников, наши предки проверяли, свежее яйцо или нет: свежие яйца тонут в чистой воде, а испортившиеся — всплывают, так как внутри них образуется газ.

Эксперимент № 3 «Водоплавающий лимон»
(см.Приложение 4)

Набрала в емкость воду и опустила в нее лимон. Лимон плавает. А потом очистила его от кожуры и вновь опустила в воду. Лимон утонул.

Вывод: лимон утонул из-за того, что увеличилась его плотность. Кожура у лимона менее плотная, чем его внутренность, и содержит много частичек воздуха, которые помогают лимону оставаться на поверхности воды.

Эксперимент № 4
(см.Приложение 5)

1. В стакан налила воду и поставила на улицу. Когда вода замёрзла, стакан лопнул. Положила образовавшийся лёд в емкость с холодной водой и увидела, что он плавает.

2. В другой ёмкости посолила хорошенько воду и размешала до полного ее растворения. Взяла лёд и повторила опыт. Лёд плавает, и даже лучше, чем в пресной воде, чуть ли не наполовину выступая из воды.

Все ясно! Кубик льда плавает, потому что, при замерзании лёд расширяется и становится легче воды. Плотность обычной, жидкой воды несколько больше, чем плотность замерзшей воды, то есть, льда. При увеличении плотности жидкости увеличивается выталкивающая сила.

Научные факты:

1факт Архимед: на всякое тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила.

2 факт Михаил Ломоносов:

Лёд не тонет потому, что имеет плотность – 920 кг\куб.м. А вода, плотнее –1000 кг\куб.м.

Вывод:

Я нашла 2 причины непотопляемости льда:

  1. На всякое тело, погружённое в воду действует выталкивающая сила.
  2. Плотность льда меньше плотности любой воды.

Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода обладала нормальными свойствами и лед был бы, как и полагается любому нормальному веществу, плотнее жидкой воды.

Зимой намерзающий сверху более плотный лед тонул бы в воде, непрерывно опускаясь на дно водоема. Летом лед, защищенный толщей холодной воды, не мог бы растаять.

Постепенно все озера, пруды, реки, ручьи промерзли бы нацело, превратившись в гигантские ледяные глыбы. Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш прекрасный цветущий зеленый мир стал бы сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тонким слоем талой воды.Одним из таких неповторимых свойств воды является ее способность расширяться при замерзании. Ведь все вещества при замерзании, то есть при переходе из жидкого состояния в твердое, сжимаются, а вода наоборот – расширяется. Ее объем при этом увеличивается на 9%. Но когда на поверхности воды образуется лед, то он, находясь между холодным воздухом и водой, препятствует дальнейшему охлаждению и промерзанию водоемов. Это необычное свойство воды, кстати, имеет важность и для образования почвы в горах. Попадая в маленькие трещины, которые всегда найдутся в камнях, дождевая вода при замерзании расширяется и разрушает камень. Так, постепенно каменная поверхность становится способной приютить растения, которые своими корнями довершают этот процесс разрушения камней и приводят к образованию на склонах гор почвы.

Лед всегда находится на поверхности воды и служит настоящим теплоизолятором. То есть вода под ним не так охлаждается, ледяная шуба надежно защищает ее от мороза. Оттого редкий водоем промерзает зимой до дна, хотя при экстремальных температурах воздуха это возможно.

Внезапное увеличение объёма при переходе воды 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.

Да, бревно, какое бы оно ни было большое, в воде не тонет. Секрет этого явления в том, что плотность дерева меньше плотности воды.

Между прочим…

Есть деревья, которые тонут в воде! Причина этого, что их плотность больше, чем плотность воды. Эти деревья называют «железными». К «железным деревьям» относятся, например, парротия персидская, азобе (африканское тропическое железное дерево), амазонское дерево, эбеновое дерево, палисандр, или розовое дерево, кумару и другие. У всех этих деревьев очень твердая и плотная древесина, насыщенная маслами, кора этих деревьев устойчива к гниению. Поэтому лодка из такого дерева тут же пойдет на дно, но зато «железные деревья» — отличный материал для изготовления мебели.

В морях и океанах встречаются иногда огромные ледяные горы — айсберги. 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 вовремя не заметит движущегося ледяного гиганта, оно может при столкновении получить серьёзные повреждения или даже погибнуть.

Рис. 4. Девять десятых массы айсберга находятся под водой.

Даже не смотря на то, что корабль сделан из железа, очень тяжелый, да ещё перевозит людей и грузы, он не тонет. Почему? А все дело в том, что в корабле кроме команды, пассажиров, груза есть воздух. А воздух намного легче воды. Корабль устроен так, что внутри него есть некоторое пространство, заполненное воздухом. Именно оно поддерживает корабль на поверхности воды и не даёт ему утонуть.

Подводные лодки

Подводные лодки погружаются и всплывают, изменяя свою относительную плотность. У них на борту есть большие контейнеры – балластные резервуары. Когда из них уходит воздух и внутрь закачивается вода, плотность лодки увеличивается и она погружается. Чтобы всплыть на поверхность, экипаж удаляет из резервуаров воду и накачивает туда воздух. Плотность вновь уменьшается и лодка всплывает. Балластные резервуары помещаются между внешним корпусом и стенками внутреннего отсека. Экипаж живёт и работает во внутреннем отсеке. Подводная лодка оснащена мощными винтами, которые позволяют ей двигаться сквозь толщу воды. На некоторых лодках установлены атомные реакторы.

Заключение.

Таким образом, проделав большую работу, я поняла. Что моя гипотеза, о том, почему лёд не тонет, подтвердилась.

Причины непотопляемости
льда
:

1. Лёд состоит из кристаллов воды, между которыми находится воздух. Следовательно, плотность льда меньше плотности воды.

2. На лёд со стороны воды действует выталкивающая сила.

Если бы вода была нормальной, а не уникальной жидкостью, мы не получали бы удовольствие от катания на коньках. Мы же не катаемся по стеклу? А ведь оно намного глаже и привлекательнее льда. Но стекло – такой материал, по которому коньки скользить не будут. А вот по льду, даже не очень хорошего качества кататься на коньках одно удовольствие. Вы спросите почему? Дело в том, что тяжесть нашего тела давит на очень тонкое лезвие конька, которое оказывает сильное давление на лед. В результате этого давления от конька лед начинает таять с образованием тонкой пленки воды, по которой конек превосходно скользит.

Приложение

Приложение1

Почему лед плавает в воде? Почему вода способна растворять так много различных веществ? Почему полотенце способно впитывать воду снизу вверх, вопреки законам тяготения? Если предположить, что вода пришла к нам из иного мира, эти и прочие загадки, окружающие воду, покажутся менее сложными для понимания.

Если бы вода вела себя как все другие вещества на земле, не было бы нас с вами.

Вода — это нечто настолько простое, что мы редко думаем о ней. Однако, нет ничего более загадочного, чем простая вода. Самая большая загадка воды: почему лед плавает. Любое другое вещество, переходя из жидкого состояния в твердое, становится более тяжелым, поскольку плотность вещества возрастает.

Вода, переходя из жидкого состояния в твердое, напротив, становиться более легкой.

В структуре льда частички воды располагаются очень упорядоченно, с большим количеством свободного пространства между частичками. Объем льда больше объема воды, из которого он образовался. Объем больше, плотность меньше — лед легче воды, поэтому в воде он не тонет. Огромные глыбы льда, айсберги — не тонут в воде.

  • Когда лед снова превращается в воду, частички становятся в сотни тысяч раз более активными, а свободное пространство заполняется.

Жидкая форма воды более плотная и тяжелая, чем твердая форма. Самой тяжелой вода становится при температуре + 4°С. По мере повышения температуры, частички воды становятся более активными, что приводит к уменьшению ее плотности.

Какой бы холодной зима не стояла над водоемом, температура воды у дна постоянная: +4°С. Все, что живет на дне, может пережить длинные зимы подо льдом. Лед легче воды. Своим панцирем на поверхности воды, он защищает дно водоема от промерзания.

Тонет ли лед в воде весной. Почему лёд не тонет в воде. Проводим опыт над силой расширения воды

Маленькие дети очень часто задают интересные вопросы взрослым, а те не всегда могут ответить на них сразу. Чтобы не казаться ребенку глупым, рекомендуем ознакомиться с полноценным и развернутым, обоснованным ответом касательно плавучести льда. Ведь плавает, а не тонет. Почему же так происходит?

Как объяснить ребенку сложные физические процессы?

Первое, что приходит на ум, так что плотность. Да, на самом деле, лёд плавает потому, что он менее плотный, чем . Но как объяснить ребенку, что такое плотность? Рассказывать ему школьную программу никто не обязан, а вот свести все к тому, что , вполне реально. Ведь по факту один и то же объем воды и льда обладает разным весом. Если изучать проблему более подробно, то можно озвучить еще несколько причин, кроме плотности.
не только потому, что его уменьшенная плотность не дает ему опускаться ниже. Причина еще и в том, что в толще льда заморожены небольшие пузырьки воздуха. Они также уменьшают плотность, а потому в общем получается, что вес пластины из льда становится еще меньше. Когда лед расширяется, он не захватывает больше воздуха, но зато все те пузырьки, которые уже оказались внутри этого пласта, оказываются там до тех пор, пока лед не начнет таять или сублимироваться.

Проводим опыт над силой расширения воды

Но как доказать, что лёд на самом деле расширяется? Ведь вода тоже может расширяться, как же доказать это в искусственных условиях? Можно провести интересный и очень простой опыт. Для этого понадобится пластиковый или картонный стаканчик и вода. Ее количество необязательно должно быть большим, заполнять стаканчик до краев не потребуется. Также в идеале нужна температура около -8 градусов или ниже. Если температура будет слишком высокой, опыт продлится неоправданно долго.
Итак, вода залита внутрь, надо ждать, когда образуется лёд. Поскольку мы выбрали оптимальную температуру, при которой небольшой объем жидкости обратится в лёд в течение двух-трех часов, можно спокойно идти домой и ждать. Ждать нужно до тех пор, пока вся вода не обратится в лед. Спустя некоторое время смотрим на результат. Деформированный или разорванный льдом стаканчик гарантирован. При более низкой температуре последствия выглядят более эффектно, да и сам эксперимент занимает меньше времени.

Негативные последствия

Получается простой опыт подтверждает, что в ледяные глыбы и правда расширяются при уменьшении температуры, а объем воды легко увеличивается при замерзании. Как правило, эта особенность несет немало проблем забывчивым людям: бутылка шампанского, оставленная на балконе под Новый год на большой срок, разрывается из-за воздействия льда. Поскольку сила расширения очень большая, повлиять на нее никак нельзя. Ну а что касается плавучести ледяных глыб, то здесь можно ничего не доказывать. Самые любопытные могут легко провести подобный опыт весной или осенью самостоятельно, пытаясь утопить в большой луже кусочки льда.

Муниципальное общеобразовательное автономное учреждение

средняя общеобразовательная школа с. Васильевки

Исследовательская работа

Почему лёд не тонет в воде?

Ученицы 3 «б» класса

Белогубовой Софьи

Руководитель: Клименко

Людмила Сергеевна,

учитель

I

квалификационной

Содержание работы.

1. Введение……………………………………………………………. 3

2.Основная часть:………………………………………………………4-6

2.1. Почему же предметы плавают?…………………………………………..

2.2. Древнегреческий ученый Архимед……………………………………

2.3. Закон Архимеда………………………………………………………….

2.4. Эксперименты…………………………………………………………..

2.5. Важная особенность воды……………………………………………

3. Заключение………………………………………………………….7

4. Список литературы…………………………………………………8

5. Приложения…………………………………………………………9-10

Введение.

В огне не горит,

В воде не тонет.

Актуальность темы

Почему одни вещества тонут в воде, а другие нет? Понимание законов плавучести позволяет инженерам строить корабли из металлов, которые плавают и не тонут.

В том, что лёд плавает на воде, никто не сомневается; каждый это видел сотни раз и на пруду, и на реке.

Но почему это происходит?

Какие ещё предметы способны держаться на воде?

Вот это я и решила выяснить.

Поставила цель:

Определить причины непотопляемости льда.

Обозначила ряд задач:

Выяснить условия плавания тел;

Выяснить, почему не тонет лёд;

Провести эксперимент по изучению плавучести.

Выдвинула гипотезу:

Возможно, лёд не тонет, потому, что, вода плотнее льда.

Методы исследования:

Теоретический анализ литературы;

Метод наблюдения;

Практический метод.

Практический материал пригодится мне на уроках чтения, окружающего мира.

Основная часть

Если погрузить тело в воду, оно вытеснит некоторое количество воды. Тело занимает место, где раньше была вода, и уровень воды поднимается.

Если верить легенде, древнегреческий ученый Архимед (287 — 212 до н.э.), находясь в ванне, догадался, что погруженное тело вытесняет равный объем воды. На средневековой гравюре изображен Архимед, совершивший свое открытие.(см. Приложение1)

Сила, с которой вода выталкивает погруженное в нее тело, называется силой выталкивания.

Закон Архимеда гласит, что сила выталкивания равна весу жидкости, вытесненной погруженным в неё телом. Если сила выталкивания меньше веса тела, то оно тонет, если она равна весу тела, оно плавает.

Эксперимент № 1 (см. Приложение 1)

Я решила увидеть, как действует сила выталкивания, отметила уровень воды, опустила в сосуд с водой пластилиновый шарик на резинке. После погружения уровень воды поднялся, а длина резинки уменьшилась. Отметила фломастером новый уровень воды.

Вывод: Со стороны воды на пластилиновый шарик подействовала сила, направленная вверх. Поэтому уменьшилась длина резинки, т.е. шарик, погруженный в воду, стал легче.

Потом слепила из этой же пластилина лодочку и осторожно опустила её на воду. Как видите, вода поднялась ещё выше. Лодочка вытеснила больше воды, чем шарик, а значит, и сила выталкивания больше.

Волшебство свершилось, тонущий материал плавает на поверхности! Ай да Архимед!

Чтобы тело не тонуло, его плотность должна быть меньше плотности воды.

Не знаете, что такое плотность? Это масса однородного вещества в единице объема.

Эксперимент № 2: (см. Приложение 2)

В стакан налила воду и поставила на улицу. Когда вода замёрзла, стакан лопнул. Положила образовавшийся лёд в емкость с холодной водой и увидела, что он плавает.

В другой ёмкости посолила хорошенько воду и размешала до полного ее растворения. Взяла лёд и повторила опыт. Лёд плавает, и даже лучше, чем в пресной воде, чуть ли не наполовину выступая из воды.

Все ясно! Кубик льда плавает, потому что, при замерзании лёд расширяется и становится легче воды. Плотность обычной, жидкой воды несколько больше, чем плотность замерзшей воды, то есть, льда. При увеличении плотности жидкости увеличивается выталкивающая сила.

Научные факты:

1факт Архимед: на всякое тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила.

2 факт Михаил Ломоносов:

Лёд не тонет потому, что имеет плотность – 920 кг\куб.м. А вода, плотнее –1000 кг\куб.м.

Вывод:

Я нашла 2 причины непотопляемости льда:

    на всякое тело, погружённое в воду, действует выталкивающая сила;

    плотность льда меньше плотности любой воды.

Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода обладала нормальными свойствами, и лед был бы, как и полагается любому нормальному веществу, плотнее жидкой воды. Зимой намерзающий сверху более плотный лед тонул бы в воде, непрерывно опускаясь на дно водоема. Летом лед, защищенный толщей холодной воды, не мог бы растаять.

Постепенно все озера, пруды, реки, ручьи промерзли бы нацело, превратившись в гигантские ледяные глыбы. Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш прекрасный цветущий зеленый мир стал бы

сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тонким слоем талой воды. Одним из таких неповторимых свойств воды является ее способность расширяться при замерзании. Ведь все вещества при замерзании, то есть при переходе из жидкого состояния в твердое, сжимаются, а вода наоборот – расширяется. Ее объем при этом увеличивается на 9%. Но когда на поверхности воды образуется лед, то он, находясь между холодным воздухом и водой, препятствует дальнейшему охлаждению и промерзанию водоемов. Это необычное свойство воды, кстати, имеет важность и для образования почвы в горах. Попадая в маленькие трещины, которые всегда найдутся в камнях, дождевая вода при замерзании расширяется и разрушает камень. Так, постепенно каменная поверхность становится способной приютить растения, которые своими корнями довершают этот процесс разрушения камней и приводят к образованию на склонах гор почвы.

Лед всегда находится на поверхности воды и служит настоящим теплоизолятором. То есть вода под ним не так охлаждается, ледяная шуба надежно защищает ее от мороза. Оттого редкий водоем промерзает зимой до дна, хотя при экстремальных температурах воздуха это возможно.

Внезапное увеличение объёма при переходе воды 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.

Да, бревно, какое бы оно ни было большое, в воде не тонет. Секрет этого явления в том, что плотность дерева меньше плотности воды.

Заключение.

Таким образом, проделав большую работу, я поняла. Что моя гипотеза, о том, почему лёд не тонет, подтвердилась.

Причины непотопляемости льда:

1. Лёд состоит из кристаллов воды, между которыми находится воздух. Следовательно, плотность льда меньше плотности воды.

2. На лёд со стороны воды действует выталкивающая сила.

Если бы вода была нормальной, а не уникальной жидкостью, мы не получали бы удовольствие от катания на коньках. Мы же не катаемся по стеклу? А ведь оно намного глаже и привлекательнее льда. Но стекло – такой материал, по которому коньки скользить не будут. А вот по льду, даже не очень хорошего качества кататься на коньках одно удовольствие. Вы спросите почему? Дело в том, что тяжесть нашего тела давит на очень тонкое лезвие конька, которое оказывает сильное давление на лед. В результате этого давления от конька лед начинает таять с образованием тонкой пленки воды, по которой конек превосходно скользит.

Список литературы

    Детская энциклопедия «Я познаю мир».

    Зедлаг У. «Удивительное на планете Земля».

    Интернет ресурсы.

    Рахманов А. И. «Явления природы».

    Энциклопедия «Мир природы».

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Каждый из нас наблюдал, как весной на речке плавают ледяные пластины. Но почему же они не тонут
? Что удерживает их на водной глади?

Складывается впечатление, что несмотря на их вес, что-то просто не даёт им опуститься вниз. Суть этого загадочного явления и собираюсь раскрыть.

Почему же лёд не тонет

Всё дело в том, что вода — очень необычные вещество
. Она обладает удивительными свойствами, которые мы порой просто не замечаем.

Как известно, почти все вещи в мире расширяются при нагревании и сужаются при охлаждении. Это правило распространяется и на воду, но с одним интересным замечанием: при охлаждении от +4°С до 0°С вода начинает расширяться
. Этим и объясняется низкая плотность ледяных масс. Расширенная от явления выше вода становится легче той, в которой находится
, и начинает дрейфовать на её поверхности.

Чем опасен такой лёд

Описанное выше явление часто встречается в природе и быту. Но если начать забывать о нём, то оно может стать источником многих проблем. Например:

  • зимой от замёрзшей воды могут лопнуть водопроводные трубы
    ;

  • эта же вода, замерзая в горных трещинах, способствует разрушению пород
    , вызывая горные обвалы;
  • нельзя забывать сливать воду с автомобильного радиатора
    , чтобы избежать вышеописанных ситуаций.

Но есть и положительные моменты. Ведь если бы вода не обладала такими удивительными свойствами, то не было бы такого вида спорта, как катание на коньках
. Под тяжестью тела человека лезвие у конька так сильно давит на лёд, что тот просто тает, создавая водяную плёнку, идеальную для скольжения.

Вода в океанических глубинах

Ещё одним интересным моментом является то, что даже несмотря на нулевую температуру в океанических (или морских) глубинах, вода там не замерзает
, не становится ледяной глыбой. Почему это происходит? Тут всё дело в давлении
, которое оказывают верхние водные слои.

Вообще, давление способствует затвердеванию различных жидкостей. Оно вызывает сокращение объёма тела, значительно облегчая её переход в твёрдое состояние. Но вода при замерзании не уменьшается в объёмах, а наоборот, увеличивается. И поэтому давление, препятствуя водному расширению, снижает температуру её замерзания
.

Это всё, что я могу рассказать об этом интересном явлении. Надеюсь, вы узнали для себя что-нибудь новое. Удачи в путешествиях!

Ким Ирина, обучающаяся 4 класса

Исследовательская работа по теме » Почему лёд не тонет?»

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное казённое Образовательное Учреждение «Красноярская СОШ»

Исследовательская работа

Выполнила:

Ким Ирина,

обучающаяся 4 класса.

Руководитель:

Иванова Елена Владимировна,

учитель начальных классов.

с. Красный Яр 2013г.

1. Введение.

2.Основная часть:

Почему же предметы плавают?

Древнегреческий ученый Архимед.

Закон Архимеда.

Эксперименты.

Важная особенность воды.

3. Заключение.

4. Список литературы.

5. Приложения.

Введение.

Почему одни вещества тонут в воде, а другие нет? И почему есть так мало веществ, способных плавать в воздухе (т. е. летать)? Понимание законов плавучести (и погружения) позволяет инженерам строить корабли из металлов, которые тяжелее воды, и конструировать дирижабли и воздушные шары, способные плавать в воздухе. В спасательный жилет накачивают воздух, поэтому он помогает человеку держаться на воде.

В том, что лёд плавает на воде, никто не сомневается; каждый это видел сотни раз и на пруду, и на реке. Но почему это происходит? Какие ещё предметы способны держатся на воде? Вот это я и решила выяснить.

Цель:

Определение причин непотопляемости льда.

Задачи:

1.Выяснить условия плавания тел.

2. Выяснить, почему не тонет лёд.

3. Провести эксперимент по изучению плавучести.

Гипотеза:

Возможно, лёд не тонет, потому, что, вода плотнее льда.

Основная часть:

Почему же предметы плавают?

Если погрузить тело в воду, оно вытеснит некоторое количество воды. Тело занимает место, где раньше была вода, и уровень воды поднимается.

Если верить легенде, древнегреческий ученый Архимед (287 — 212 до н.э.), находясь в ванне, догадался, что погруженное тело вытесняет равный объем воды. На средневековой гравюре изображен Архимед, совершивший свое открытие
.
(см. Приложение1)

Сила, с которой вода выталкивает погруженное в нее тело, называется силой выталкивания.

Закон Архимеда гласит, что сила выталкивания равна весу жидкости, вытесненной погруженным в неё телом. Если сила выталкивания меньше веса тела, то оно тонет, если она равна весу тела, оно плавает.

Эксперимент № 1
:(см.Приложение 2)

Я решила увидеть, как действует сила выталкивания, отметила уровень воды, опустила в сосуд с водой пластилиновый шарик на резинке. После погружения уровень воды поднялся, а длина резинки уменьшилась. Отметила фломастером новый уровень воды.

Вывод: Со стороны воды на пластилиновый шарик подействовала сила, направленная вверх. Поэтому уменьшилась длина резинки, т.е. шарик, погруженный в воду стал легче.

Потом слепила из этой же пластилина лодочку и осторожно опустила её на воду. Как видите, вода поднялась ещё выше. Лодочка вытеснила больше воды, чем шарик, а значит, и сила выталкивания больше.

Волшебство свершилось, тонущий материал плавает на поверхности! Ай да Архимед!

Чтобы тело не тонуло, его плотность должна быть меньше плотности воды.

Не знаете, что такое плотность? Это масса однородного вещества в единице объема.

Эксперимент № 2: «Зависимость выталкивающей силы от плотности воды»
(см.Приложение 3)

Я взяла: стакан с чистой водой (неполный), сырое яйцо и соль.

Поместила в стакан яйцо, если яйцо свежее — оно опустится на дно. Затем начала аккуратно досыпать в стакан соль и наблюдала, как яйцо начнет всплывать.

Вывод: При увеличении плотности жидкости увеличивается выталкивающая сила.

В яйце есть воздушный пакет, и при изменении плотности жидкости яйцо всплывает к поверхности на манер подводной лодки.

Раньше, до изобретения холодильников, наши предки проверяли, свежее яйцо или нет: свежие яйца тонут в чистой воде, а испортившиеся — всплывают, так как внутри них образуется газ.

Эксперимент № 3 «Водоплавающий лимон»
(см.Приложение 4)

Набрала в емкость воду и опустила в нее лимон. Лимон плавает. А потом очистила его от кожуры и вновь опустила в воду. Лимон утонул.

Вывод: лимон утонул из-за того, что увеличилась его плотность. Кожура у лимона менее плотная, чем его внутренность, и содержит много частичек воздуха, которые помогают лимону оставаться на поверхности воды.

Эксперимент № 4
(см.Приложение 5)

1. В стакан налила воду и поставила на улицу. Когда вода замёрзла, стакан лопнул. Положила образовавшийся лёд в емкость с холодной водой и увидела, что он плавает.

2. В другой ёмкости посолила хорошенько воду и размешала до полного ее растворения. Взяла лёд и повторила опыт. Лёд плавает, и даже лучше, чем в пресной воде, чуть ли не наполовину выступая из воды.

Все ясно! Кубик льда плавает, потому что, при замерзании лёд расширяется и становится легче воды. Плотность обычной, жидкой воды несколько больше, чем плотность замерзшей воды, то есть, льда.При увеличении плотности жидкости увеличивается выталкивающая сила.

Научные факты:

1факт Архимед: на всякое тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила.

2 факт Михаил Ломоносов:

Лёд не тонет потому, что имеет плотность – 920 кг\куб.м. А вода, плотнее –1000 кг\куб.м.

Вывод:

Я нашла 2 причины непотопляемости льда:

  1. На всякое тело, погружённое в воду действует выталкивающая сила.
  2. Плотность льда меньше плотности любой воды.

Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода обладала нормальными свойствами и лед был бы, как и полагается любому нормальному веществу, плотнее жидкой воды.

Зимой намерзающий сверху более плотный лед тонул бы в воде, непрерывно опускаясь на дно водоема. Летом лед, защищенный толщей холодной воды, не мог бы растаять.

Постепенно все озера, пруды, реки, ручьи промерзли бы нацело, превратившись в гигантские ледяные глыбы. Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш прекрасный цветущий зеленый мир стал бы сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тонким слоем талой воды.Одним из таких неповторимых свойств воды является ее способность расширяться при замерзании. Ведь все вещества при замерзании, то есть при переходе из жидкого состояния в твердое, сжимаются, а вода наоборот – расширяется. Ее объем при этом увеличивается на 9%. Но когда на поверхности воды образуется лед, то он, находясь между холодным воздухом и водой, препятствует дальнейшему охлаждению и промерзанию водоемов. Это необычное свойство воды, кстати, имеет важность и для образования почвы в горах. Попадая в маленькие трещины, которые всегда найдутся в камнях, дождевая вода при замерзании расширяется и разрушает камень. Так, постепенно каменная поверхность становится способной приютить растения, которые своими корнями довершают этот процесс разрушения камней и приводят к образованию на склонах гор почвы.

Лед всегда находится на поверхности воды и служит настоящим теплоизолятором. То есть вода под ним не так охлаждается, ледяная шуба надежно защищает ее от мороза. Оттого редкий водоем промерзает зимой до дна, хотя при экстремальных температурах воздуха это возможно.

Внезапное увеличение объёма при переходе воды 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.

Да, бревно, какое бы оно ни было большое, в воде не тонет. Секрет этого явления в том, что плотность дерева меньше плотности воды.

Между прочим…

Есть деревья, которые тонут в воде! Причина этого, что их плотность больше, чем плотность воды. Эти деревья называют «железными». К «железным деревьям» относятся, например, парротия персидская, азобе (африканское тропическое железное дерево), амазонское дерево, эбеновое дерево, палисандр, или розовое дерево, кумару и другие. У всех этих деревьев очень твердая и плотная древесина, насыщенная маслами, кора этих деревьев устойчива к гниению. Поэтому лодка из такого дерева тут же пойдет на дно, но зато «железные деревья» — отличный материал для изготовления мебели.

В морях и океанах встречаются иногда огромные ледяные горы — айсберги. 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 вовремя не заметит движущегося ледяного гиганта, оно может при столкновении получить серьёзные повреждения или даже погибнуть.

Рис. 4. Девять десятых массы айсберга находятся под водой.

Даже не смотря на то, что корабль сделан из железа, очень тяжелый, да ещё перевозит людей и грузы, он не тонет. Почему? А все дело в том, что в корабле кроме команды, пассажиров, груза есть воздух. А воздух намного легче воды. Корабль устроен так, что внутри него есть некоторое пространство, заполненное воздухом. Именно оно поддерживает корабль на поверхности воды и не даёт ему утонуть.

Подводные лодки

Подводные лодки погружаются и всплывают, изменяя свою относительную плотность. У них на борту есть большие контейнеры – балластные резервуары. Когда из них уходит воздух и внутрь закачивается вода, плотность лодки увеличивается и она погружается. Чтобы всплыть на поверхность, экипаж удаляет из резервуаров воду и накачивает туда воздух. Плотность вновь уменьшается и лодка всплывает. Балластные резервуары помещаются между внешним корпусом и стенками внутреннего отсека. Экипаж живёт и работает во внутреннем отсеке. Подводная лодка оснащена мощными винтами, которые позволяют ей двигаться сквозь толщу воды. На некоторых лодках установлены атомные реакторы.

Заключение.

Таким образом, проделав большую работу, я поняла. Что моя гипотеза, о том, почему лёд не тонет, подтвердилась.

Причины непотопляемости
льда
:

1. Лёд состоит из кристаллов воды, между которыми находится воздух. Следовательно, плотность льда меньше плотности воды.

2. На лёд со стороны воды действует выталкивающая сила.

Если бы вода была нормальной, а не уникальной жидкостью, мы не получали бы удовольствие от катания на коньках. Мы же не катаемся по стеклу? А ведь оно намного глаже и привлекательнее льда. Но стекло – такой материал, по которому коньки скользить не будут. А вот по льду, даже не очень хорошего качества кататься на коньках одно удовольствие. Вы спросите почему? Дело в том, что тяжесть нашего тела давит на очень тонкое лезвие конька, которое оказывает сильное давление на лед. В результате этого давления от конька лед начинает таять с образованием тонкой пленки воды, по которой конек превосходно скользит.

Приложение

Приложение1

В океане дрейфуют полярные ледяные глыбы и айсберги, и даже в напитках лед никогда не опускается на дно. Можно сделать вывод, что лед не тонет в воде. Почему? Если подумать об этом, то этот вопрос может показаться немного странным, потому что лед твердый и — интуитивно — должен быть тяжелее жидкости. Хотя это утверждение справедливо для большинства веществ, вода является исключением из правила. Воду и лед отличают водородные связи, которые в твердом состоянии делают лед легче, чем когда он находится в жидком состоянии.

Вопрос научный: почему лед не тонет в воде

Представим, что мы находимся на уроке под названием «Окружающий мир» в 3 классе. «Почему лед не тонет в воде?», — спрашивает учительница у детей. И малыши, не имея глубоких познаний в физике, начинают рассуждать. «Возможно, это магия?» — заявляет один из детей.

Действительно, лед крайне необычен. Практически нет никаких других естественных веществ, которые в твердом состоянии могли бы плавать на поверхности жидкости. Это одно из свойств, которое делает воду таким необычным веществом и, если признаться, именно оно изменяет пути эволюции планет.

Существуют некоторые планеты, которые содержат огромное количество таких жидких углеводородов, как, например, аммиак — тем не менее, при замерзании этот материал опускается на дно. Причина того, почему лед не тонет в воде, заключается в том, что при замерзании вода расширяется, и вместе с этим понижается ее плотность. Интересно, расширение льда может разбить камни — настолько необычен процесс оледенения воды.

Говоря научным языком, в процессе замерзания устанавливаются быстрые циклы выветривания и определенные химические вещества, выделяемые на поверхности способны растворять минералы. В целом, с замерзанием воды связаны такие процессы и возможности, которых физические свойства других жидкостей не предполагают.

Плотность льда и воды

Таким образом, ответ на вопрос о том, почему лед не тонет в воде, а плавает на поверхности, заключается в том, что он имеет более низкую плотность, чем жидкость — но это ответ первого уровня. Для лучшего понимания нужно знать, почему у льда низкая плотность, почему вещи всплывают в первую очередь, как плотность приводит к плаванию.

Вспомним греческого гения Архимеда, который выяснил, что после погружения определенного предмета в воду объем воды увеличивается на число, равное объему погружаемого объекта. Другими словами, если вы положите глубокое блюдо на поверхность воды, а затем поместите в него тяжелый предмет, то объем воды, который нальется в блюдо, будет точно равен объему объекта. Не имеет значения, объект погружается полностью или частично.

Свойства воды

Вода — это удивительное вещество, которое в основном питает жизнь на земле, ведь каждый живой организм нуждается в ней. Одним из наиболее важных свойств воды является то, что она обладает наивысшей плотностью при температуре 4 °C. Так, горячая вода или лед являются менее плотными, чем холодная вода. Менее плотные вещества плавают поверх более плотных веществ.

Например, во время приготовления салата, можно заметить, что масло находится на поверхности уксуса — это можно объяснить тем, что оно обладает меньшей плотностью. Этот же закон действителен и для объяснения того, почему в воде лед не тонет, а в бензине и керосине — тонет. Просто эти два вещества обладают меньшей, чем у льда, плотностью. Так, если вы запустите в бассейн надувной мячик, он будет плавать на поверхности, если же вы бросите в воду камень — он опустится на дно.

Какие изменения происходят с водой при замерзании

Причина того, почему лед не тонет в воде, связана с водородными связями, которые изменяются при замерзании воды. Как известно, вода состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Они прикреплены ковалентными связями, которые невероятно сильны. Однако другой тип связи, который образуется между различными молекулами, называемый водородной связью, слабее. Эти связи образуются потому, что положительно заряженные атомы водорода притягиваются отрицательно заряженными атомами кислорода соседних молекул воды.

Когда вода теплая, молекулы очень активны, много перемещаются, быстро образуют и разлагают связи с другими молекулами воды. У них есть энергия, чтобы приближаться друг к другу и двигаться быстро. Итак, почему лед не тонет в воде? Химия скрывает ответ.

Физико-химия льда

По мере того, как температура воды опускается ниже 4 °C, кинетическая энергия жидкости уменьшается, поэтому молекулы больше не перемещаются. У них нет энергии для перемещения и такого же легкого, как при высокой температуре, разрыва и формирования связей. Вместо этого они образуют больше водородных связей с другими молекулами воды с образованием гексагональных структур решетки.

Они образуют эти структуры, чтобы поддерживать отрицательно заряженные молекулы кислорода друг от друга. В середине шестиугольников, образуемых в результате деятельности молекул, много пустоты.

Лед тонет в воде — причины

Лед фактически на 9% менее плотный, чем жидкая вода. Поэтому лед занимает больше места, чем вода. Практически это имеет смысл, потому что лед расширяется. Вот почему не рекомендуют замораживать стеклянную бутылку воды — замороженная вода может создавать большие трещины даже в бетоне. Если у вас есть литровая бутылка льда и литровая бутылка воды, тогда бутылка с ледяной водой будет легче. Молекулы находятся дальше друг от друга в этой точке, чем когда вещество находится в жидком состоянии. Вот почему лед не тонет в воде.

Когда лед тает, стабильная кристаллическая структура разрушается и становится плотнее. Когда вода прогревается до 4 °C, она получает энергию, и молекулы движутся быстрее и дальше. Именно по этой причине горячая вода занимает больше места, чем холодная вода, и плавает поверх холодной воды — она обладает меньшей плотностью. Вспомните, когда вы находитесь на озере, во время купания верхний слой воды всегда приятный и теплый, однако когда вы опускаете свои ноги глубже, ощущаете холод нижнего слоя.

Значение процесса замерзания воды в функционировании планеты

Несмотря на то что вопрос «Почему лед не тонет в воде?» для 3 класса, очень важно понимать, почему этот процесс происходит и какое имеет значение для планеты. Так, плавучесть льда имеет важные последствия для жизни на Земле. Озера замерзают зимой в холодных местах — это позволяет рыбе и другим водным животным выживать под ледяным покрывалом. Если бы замерзло дно, то высока вероятность того, что все озеро могло бы быть заморожено.

В таких условиях в живых не осталось бы ни единого организма.

Если бы плотность льда была выше плотности воды, то в океанах лед бы опустился, и ледяные шапки, которые в таком случае находились бы на дне, не позволили бы кому-либо там жить. На дне океана было бы полно льда — и во что бы это все превратилось? Кроме всего прочего, полярный лед важен, поскольку он отражает свет и предохраняет планету Земля от чрезмерного перегревания.

Читайте также…

Исследовательская работа»Почему лёд не тонет?»

Муниципальное казённое Образовательное Учреждение «Красноярская СОШ»

Исследовательская работа

Выполнила:  

Ким Ирина,

обучающаяся 4 класса.

Руководитель:

 Иванова Елена Владимировна,

учитель начальных классов.

с. Красный Яр 2013г.

Оглавление:

1. Введение.

2.Основная часть:

   

   —Почему же предметы плавают?

—Древнегреческий ученый Архимед.

—Закон Архимеда.

—Эксперименты.

—Важная особенность воды.

3. Заключение.

4. Список литературы.

5. Приложения.

Введение.

              Почему одни вещества тонут в воде, а другие нет? И почему есть так мало веществ, способных плавать в воздухе (т. е. летать)? Понимание законов плавучести (и погружения) позволяет инженерам строить корабли из металлов, которые тяжелее воды, и конструировать дирижабли и воздушные шары, способные плавать в воздухе. В спасательный жилет накачивают воздух, поэтому он помогает человеку держаться на воде.

     В том, что лёд плавает на воде, никто не сомневается; каждый это видел сотни раз и на пруду, и на реке. Но почему это происходит? Какие ещё предметы способны держатся на воде? Вот это я и решила выяснить.

Цель:

Определение причин непотопляемости льда.

Задачи:

1.Выяснить условия плавания тел.

2. Выяснить, почему не тонет лёд.

3. Провести эксперимент по изучению плавучести.

Гипотеза:

Возможно, лёд не тонет, потому, что, вода плотнее льда.

Основная часть:

Почему же предметы плавают?

Если погрузить тело в воду, оно вытеснит некоторое количество воды. Тело занимает место, где раньше была вода, и уровень воды поднимается.

 Если верить легенде, древнегреческий ученый Архимед (287 — 212 до н.э.), находясь в ванне, догадался, что погруженное тело вытесняет равный объем воды. На средневековой гравюре изображен Архимед, совершивший свое открытие.(см. Приложение1)

 Сила, с которой вода выталкивает погруженное в нее тело, называется силой выталкивания.

Закон Архимеда гласит, что сила выталкивания равна весу жидкости, вытесненной погруженным в неё телом. Если сила выталкивания меньше веса тела, то оно тонет, если она равна весу тела, оно плавает.

Эксперимент № 1:(см.Приложение 2)

 Я решила увидеть, как действует сила выталкивания, отметила уровень воды, опустила в сосуд с водой пластилиновый шарик на резинке. После погружения уровень воды поднялся, а длина резинки уменьшилась. Отметила фломастером новый уровень воды.  

Вывод: Со стороны воды на пластилиновый шарик подействовала сила, направленная вверх. Поэтому уменьшилась длина резинки, т.е. шарик, погруженный в воду стал легче.

Потом слепила из этой же пластилина лодочку и осторожно опустила её на воду. Как видите, вода поднялась ещё выше. Лодочка вытеснила больше воды, чем шарик, а значит, и сила выталкивания больше. 

Волшебство свершилось, тонущий материал плавает на поверхности! Ай да Архимед!

Чтобы тело не тонуло, его плотность должна быть меньше плотности воды.

Не знаете, что такое плотность? Это масса однородного вещества в единице объема.

Эксперимент № 2: «Зависимость выталкивающей силы от плотности воды» (см.Приложение 3)

Я взяла: стакан с чистой водой (неполный), сырое яйцо и соль.

Поместила в стакан яйцо, если яйцо свежее — оно опустится на дно. Затем начала аккуратно досыпать в стакан соль и наблюдала, как яйцо начнет всплывать.

Вывод: При увеличении плотности жидкости увеличивается выталкивающая сила.

В яйце есть воздушный пакет, и при изменении плотности жидкости яйцо всплывает к поверхности на манер подводной лодки.

Раньше, до изобретения холодильников, наши предки проверяли, свежее яйцо или нет: свежие яйца тонут в чистой воде, а испортившиеся — всплывают, так как внутри них образуется газ.

Эксперимент № 3  «Водоплавающий лимон» (см.Приложение 4)

Набрала в емкость воду и опустила в нее лимон. Лимон плавает. А потом очистила его от кожуры и вновь опустила в воду. Лимон утонул.

Вывод: лимон утонул из-за того, что увеличилась его плотность. Кожура у лимона менее плотная, чем его внутренность, и содержит много частичек воздуха, которые помогают лимону оставаться на поверхности воды.

Эксперимент № 4 (см.Приложение 5)

1. В стакан  налила воду и поставила на улицу. Когда вода замёрзла, стакан лопнул. Положила образовавшийся лёд в емкость с холодной водой и увидела, что он плавает.

 2. В другой ёмкости посолила хорошенько воду  и размешала до полного ее растворения. Взяла лёд и повторила опыт. Лёд плавает, и даже лучше, чем в пресной воде, чуть ли не наполовину выступая из воды.

Все ясно! Кубик льда плавает, потому что, при замерзании лёд расширяется и становится легче воды. Плотность обычной, жидкой воды несколько больше, чем плотность замерзшей воды, то есть, льда.При увеличении плотности жидкости увеличивается выталкивающая сила.

Научные факты:

1факт  Архимед: на всякое тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила.

2 факт  Михаил Ломоносов:

    Лёд не тонет потому, что имеет  плотность – 920 кг\куб.м. А вода, плотнее –1000 кг\куб.м.  

Вывод:

               Я нашла  2 причины непотопляемости  льда:

  1. На всякое тело, погружённое в воду действует выталкивающая сила.
  2. Плотность льда меньше плотности любой воды.

                                                         

Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода обладала нормальными свойствами и лед был бы, как и полагается любому нормальному веществу, плотнее жидкой воды.

Зимой намерзающий сверху более плотный лед тонул бы в воде, непрерывно опускаясь на дно водоема. Летом лед, защищенный толщей холодной воды, не мог бы растаять.

Постепенно все озера, пруды, реки, ручьи промерзли бы нацело, превратившись в гигантские ледяные глыбы. Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш прекрасный цветущий зеленый мир стал бы сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тонким слоем талой воды .Одним из таких неповторимых свойств воды является ее способность расширяться при замерзании. Ведь все вещества при замерзании, то есть при переходе из жидкого состояния в твердое, сжимаются, а вода наоборот – расширяется. Ее объем при этом увеличивается на 9%. Но когда на поверхности воды образуется лед, то он, находясь между холодным воздухом и водой, препятствует дальнейшему охлаждению и промерзанию водоемов. Это необычное свойство воды, кстати, имеет важность и для образования почвы в горах. Попадая в маленькие трещины, которые всегда найдутся в камнях, дождевая вода при замерзании расширяется и разрушает камень. Так, постепенно каменная поверхность становится способной приютить растения, которые своими корнями довершают этот процесс разрушения камней и приводят к образованию на склонах гор почвы.

Лед всегда находится на поверхности воды и служит настоящим теплоизолятором. То есть вода под ним не так охлаждается, ледяная шуба надежно защищает ее от мороза. Оттого редкий водоем промерзает зимой до дна, хотя при экстремальных температурах воздуха это возможно.

Внезапное увеличение объёма при переходе воды 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.

Да, бревно, какое бы оно ни было большое, в воде не тонет. Секрет этого явления в том, что плотность дерева меньше плотности воды.

Между прочим…

Есть деревья, которые тонут в воде! Причина этого, что их плотность больше, чем плотность воды. Эти деревья называют «железными». К «железным деревьям» относятся, например, парротия персидская, азобе (африканское тропическое железное дерево), амазонское дерево, эбеновое дерево, палисандр, или розовое дерево, кумару и другие. У всех этих деревьев очень твердая и плотная древесина, насыщенная маслами, кора этих деревьев устойчива к гниению. Поэтому лодка из такого дерева тут же пойдет на дно, но зато «железные деревья» — отличный материал для изготовления мебели.

 В морях и океанах встречаются иногда огромные ледяные горы — айсберги . 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 вовремя не заметит движущегося ледяного гиганта, оно может при столкновении получить серьёзные повреждения или даже погибнуть.

Рис. 4. Девять десятых массы айсберга находятся под водой.

Даже не смотря на то, что корабль сделан из железа, очень тяжелый, да ещё перевозит людей и грузы, он не тонет. Почему? А все дело в том, что в корабле кроме команды, пассажиров, груза есть воздух. А воздух намного легче воды. Корабль устроен так, что внутри него есть некоторое пространство, заполненное воздухом. Именно оно поддерживает корабль на поверхности воды и не даёт ему утонуть.

Подводные лодки  

Подводные лодки погружаются и всплывают, изменяя свою относительную плотность. У них на борту есть большие контейнеры – балластные резервуары. Когда из них уходит воздух и внутрь закачивается вода, плотность лодки увеличивается и она погружается. Чтобы всплыть на поверхность, экипаж удаляет из резервуаров воду и накачивает туда воздух. Плотность вновь уменьшается и лодка всплывает. Балластные резервуары помещаются между внешним корпусом и стенками внутреннего отсека. Экипаж живёт и работает во внутреннем отсеке. Подводная лодка оснащена мощными винтами, которые позволяют ей двигаться сквозь толщу воды. На некоторых лодках установлены атомные реакторы.

Заключение.

Таким образом, проделав большую работу, я поняла. Что моя гипотеза, о том, почему лёд не тонет, подтвердилась. 

Причины непотопляемости льда: 

1. Лёд состоит из кристаллов воды, между которыми находится воздух. Следовательно, плотность льда меньше плотности  воды.

2. На лёд со стороны воды действует выталкивающая сила.

Если бы вода была нормальной, а не уникальной жидкостью, мы не получали бы удовольствие от катания на коньках. Мы же не катаемся по стеклу? А ведь оно намного глаже и привлекательнее льда. Но стекло – такой материал, по которому коньки скользить не будут. А вот по льду, даже не очень хорошего качества кататься на коньках одно удовольствие. Вы спросите почему? Дело в том, что тяжесть нашего тела давит на очень тонкое лезвие конька, которое оказывает сильное давление на лед. В результате этого давления от конька лед начинает таять с образованием тонкой пленки воды, по которой конек превосходно скользит.

Приложение

Приложение1

Три состояния воды — урок. Окружающий мир, 3 класс.

Мы привыкли, что вода — это прозрачная жидкость без цвета и вкуса. Но она бывает и твёрдой, и газообразной. Лёд и снег — это тоже вода. А в воздухе всегда есть вода в виде пара.

 

Вода может быть в трёх состояниях: жидком, газообразном (пар, туман) и твёрдом (лёд, снег, град, иней).

 

 

Состояние воды зависит от температуры. Если на улице тепло, то вода жидкая. На морозе вода замерзает и превращается в лёд. А при нагревании она испаряется и становится водяным паром.

 

При этом изменяется расстояние между молекулами воды. В твёрдой воде молекулы располагаются совсем близко. В жидкой воде они дальше друг от друга, а в газообразной — совсем далеко.

 

Превращения воды

Превращение жидкой воды в лёд происходит при температуре ниже \(0\) градусов. Это замерзание.

 

Лёд начинает таять, если температура выше \(0\) градусов. Происходит таяние льда.

 

Превращение жидкой воды в пар — это испарение. Испарение происходит при любой температуре, а полностью вода становится газообразной, если температура выше \(100\) градусов.

 

Водяной пар превращается в жидкую воду при температуре ниже \(100\) градусов. Процесс называется конденсация.

Особые свойства льда

Обыч­но твёр­дые ве­ще­ства тя­же­лее, чем те же ве­ще­ства в жид­ком со­сто­я­нии. На­при­мер, ку­со­чек воска тонет в рас­плав­лен­ном воске. Лёд не тонет в воде. Если бро­сить ку­со­чек льда в  воду, он будет пла­вать на по­верх­но­сти.

 

При замерзании вода ведёт себя не так, как другие вещества.  Если воду охлаждать, то она начинает сжиматься. Но как только температура воды становится ниже \(0\) градусов, всё изменяется. При замерзании вода опять расширяется. Лёд за­ни­ма­ет боль­ший объём, чем вода, и он легче воды.

 

Если стеклянную  бутылку с водой  оставить на морозе, то она лопается.  То же самое происходит и с водопроводными трубами. Если в них вода замёрзнет, то они разрываются. В сильные морозы из-за этого происходят аварии, и люди остаются без тепла и воды.

Почему лед плавает на поверхности воды. Почему лед плавает в воде? Гарант стабильной температуры воздуха

Нас совершенно не удивляют плавающие ледяные глыбы в начале весны, когда водоемы начинают освобождаться от зимней «одежды» и открывают человеческому взору красоту пресной воды. Мы настолько привыкли к этому природному явлению, что даже не задумываемся и не задаемся вопросом, почему лед не тает? И если подумать, то не сразу вспоминаешь примеры, когда твердые вещества наподобие льда плавают в жидкостях, которые образуются при их плавлении. Можно расплавить в емкости парафин или воск и в образовавшуюся лужицу бросить кусочек того же вещества, только в твердом состоянии. И что мы видим? Воск и парафин благополучно тонут в жидкости, которая образовалась в результате их же плавления.

Почему лёд не тонет в воде?
Дело в том, что вода в этом примере — очень редкое и уникальное по своей сути исключение. В природе только металл и чугун ведут себя аналогично кусочку льда, держащегося на поверхности воды.

ли бы лед был тяжелее воды, то он непременно бы тонул под своей же тяжестью и при этом вытеснял воду, находящуюся в нижней части водоема на поверхность. В результате весь водоем промерзал бы до самого дна! Однако, когда вода замерзает, происходит совершенно иная ситуация. Превращение воды в лед увеличивает ее объем приблизительно на 10% и именно в этот момент лед имеет меньшую плотность, нежели сама вода
. Именно по этой причине лед плавает на поверхности воды и не тонет. Тоже самое можно наблюдать, когда на воду опускается бумажный кораблик, плотность которого намного раз меньше плотности воды. Был бы кораблик из дерева или другого материала, то непременно утонул бы. Если сравнивать показатели плотности в цифрах, то, к примеру, если плотность воды составляет единицу, то плотность льда будет равна 0,91.

Увеличение объема воды при переходе ее в состояние льда следует учитывать и в повседневной жизни. Достаточно оставить на морозе бочку, доверху заполненную водой, то жидкость, замерзнув, разорвет емкость. Именно поэтому не рекомендуется оставлять воду в радиаторе автотранспортного средства, которое стоит на морозе. Также в сильные морозы необходимо опасаться перерывов в подаче теплой воды, идущей по трубам отопления. Если в наружной трубе осталась вода, то она моментально замерзает, что неминуемо приведет к повреждению водопровода.

Как известно, в океанах и морях на больших глубинах, где температура ниже нулевой отметки, вода все равно не замерзает и не превращается в глыбу льда
. Объяснить это достаточно просто — верхние слои воды создают огромное давление. К примеру, слой воды в один километр давит с силой более ста атмосфер.

Если бы вода была нормальной, а не уникальной жидкостью, мы не получали бы удовольствие от катания на коньках. Мы же не катаемся по стеклу? А ведь оно намного глаже и привлекательнее льда. Но стекло — такой материал, по которому коньки скользить не будут. А вот по льду, даже не очень хорошего качества кататься на коньках одно удовольствие. Вы спросите почему? Дело в том, что тяжесть нашего тела давит на очень тонкое лезвие конька, которое оказывает сильное давление на лед
. В результате этого давления от конька лед начинает таять с образованием тонкой пленки воды, по которой конек превосходно скользит.

Как объяснить ребенку сложные физические процессы?

Первое, что приходит на ум, так что плотность. Да, на самом деле, лёд плавает потому, что он менее плотный, чем вода. Но как объяснить ребенку, что такое плотность? Рассказывать ему школьную программу никто не обязан, а вот свести все к тому, что лёд легче, вполне реально. Ведь по факту один и то же объем воды и льда обладает разным весом. Если изучать проблему более подробно, то можно озвучить еще несколько причин, кроме плотности.
Лед в воде не тонет не только потому, что его уменьшенная плотность не дает ему опускаться ниже. Причина еще и в том, что в толще льда заморожены небольшие пузырьки воздуха. Они также уменьшают плотность, а потому в общем получается, что вес пластины из льда становится еще меньше. Когда лед расширяется, он не захватывает больше воздуха, но зато все те пузырьки, которые уже оказались внутри этого пласта, оказываются там до тех пор, пока лед не начнет таять или сублимироваться.

Проводим опыт над силой расширения воды

Но как доказать, что лёд на самом деле расширяется? Ведь вода тоже может расширяться, как же доказать это в искусственных условиях? Можно провести интересный и очень простой опыт. Для этого понадобится пластиковый или картонный стаканчик и вода. Ее количество необязательно должно быть большим, заполнять стаканчик до краев не потребуется. Также в идеале нужна температура около -8 градусов или ниже. Если температура будет слишком высокой, опыт продлится неоправданно долго.
Итак, вода залита внутрь, надо ждать, когда образуется лёд. Поскольку мы выбрали оптимальную температуру, при которой небольшой объем жидкости обратится в лёд в течение двух-трех часов, можно спокойно идти домой и ждать. Ждать нужно до тех пор, пока вся вода не обратится в лед. Спустя некоторое время смотрим на результат. Деформированный или разорванный льдом стаканчик гарантирован. При более низкой температуре последствия выглядят более эффектно, да и сам эксперимент занимает меньше времени.

Негативные последствия

Получается простой опыт подтверждает, что в ледяные глыбы и правда расширяются при уменьшении температуры, а объем воды легко увеличивается при замерзании. Как правило, эта особенность несет немало проблем забывчивым людям: бутылка шампанского, оставленная на балконе под Новый год на большой срок, разрывается из-за воздействия льда. Поскольку сила расширения очень большая, повлиять на нее никак нельзя. Ну а что касается плавучести ледяных глыб, то здесь можно ничего не доказывать. Самые любопытные могут легко провести подобный опыт весной или осенью самостоятельно, пытаясь утопить в большой луже кусочки льда.

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.

В океане дрейфуют полярные ледяные глыбы и айсберги, и даже в напитках лед никогда не опускается на дно. Можно сделать вывод, что лед не тонет в воде. Почему? Если подумать об этом, то этот вопрос может показаться немного странным, потому что лед твердый и — интуитивно — должен быть тяжелее жидкости. Хотя это утверждение справедливо для большинства веществ, вода является исключением из правила. Воду и лед отличают водородные связи, которые в твердом состоянии делают лед легче, чем когда он находится в жидком состоянии.

Вопрос научный: почему лед не тонет в воде

Представим, что мы находимся на уроке под названием «Окружающий мир» в 3 классе. «Почему лед не тонет в воде?», — спрашивает учительница у детей. И малыши, не имея глубоких познаний в физике, начинают рассуждать. «Возможно, это магия?» — заявляет один из детей.

Действительно, лед крайне необычен. Практически нет никаких других естественных веществ, которые в твердом состоянии могли бы плавать на поверхности жидкости. Это одно из свойств, которое делает воду таким необычным веществом и, если признаться, именно оно изменяет пути эволюции планет.

Существуют некоторые планеты, которые содержат огромное количество таких жидких углеводородов, как, например, аммиак — тем не менее, при замерзании этот материал опускается на дно. Причина того, почему лед не тонет в воде, заключается в том, что при замерзании вода расширяется, и вместе с этим понижается ее плотность. Интересно, расширение льда может разбить камни — настолько необычен процесс оледенения воды.

Говоря научным языком, в процессе замерзания устанавливаются быстрые циклы выветривания и определенные химические вещества, выделяемые на поверхности способны растворять минералы. В целом, с замерзанием воды связаны такие процессы и возможности, которых физические свойства других жидкостей не предполагают.

Плотность льда и воды

Таким образом, ответ на вопрос о том, почему лед не тонет в воде, а плавает на поверхности, заключается в том, что он имеет более низкую плотность, чем жидкость — но это ответ первого уровня. Для лучшего понимания нужно знать, почему у льда низкая плотность, почему вещи всплывают в первую очередь, как плотность приводит к плаванию.

Вспомним греческого гения Архимеда, который выяснил, что после погружения определенного предмета в воду объем воды увеличивается на число, равное объему погружаемого объекта. Другими словами, если вы положите глубокое блюдо на поверхность воды, а затем поместите в него тяжелый предмет, то объем воды, который нальется в блюдо, будет точно равен объему объекта. Не имеет значения, объект погружается полностью или частично.

Свойства воды

Вода — это удивительное вещество, которое в основном питает жизнь на земле, ведь каждый живой организм нуждается в ней. Одним из наиболее важных свойств воды является то, что она обладает наивысшей плотностью при температуре 4 °C. Так, горячая вода или лед являются менее плотными, чем холодная вода. Менее плотные вещества плавают поверх более плотных веществ.

Например, во время приготовления салата, можно заметить, что масло находится на поверхности уксуса — это можно объяснить тем, что оно обладает меньшей плотностью. Этот же закон действителен и для объяснения того, почему в воде лед не тонет, а в бензине и керосине — тонет. Просто эти два вещества обладают меньшей, чем у льда, плотностью. Так, если вы запустите в бассейн надувной мячик, он будет плавать на поверхности, если же вы бросите в воду камень — он опустится на дно.

Какие изменения происходят с водой при замерзании

Причина того, почему лед не тонет в воде, связана с водородными связями, которые изменяются при замерзании воды. Как известно, вода состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Они прикреплены ковалентными связями, которые невероятно сильны. Однако другой тип связи, который образуется между различными молекулами, называемый водородной связью, слабее. Эти связи образуются потому, что положительно заряженные атомы водорода притягиваются отрицательно заряженными атомами кислорода соседних молекул воды.

Когда вода теплая, молекулы очень активны, много перемещаются, быстро образуют и разлагают связи с другими молекулами воды. У них есть энергия, чтобы приближаться друг к другу и двигаться быстро. Итак, почему лед не тонет в воде? Химия скрывает ответ.

Физико-химия льда

По мере того, как температура воды опускается ниже 4 °C, кинетическая энергия жидкости уменьшается, поэтому молекулы больше не перемещаются. У них нет энергии для перемещения и такого же легкого, как при высокой температуре, разрыва и формирования связей. Вместо этого они образуют больше водородных связей с другими молекулами воды с образованием гексагональных структур решетки.

Они образуют эти структуры, чтобы поддерживать отрицательно заряженные молекулы кислорода друг от друга. В середине шестиугольников, образуемых в результате деятельности молекул, много пустоты.

Лед тонет в воде — причины

Лед фактически на 9% менее плотный, чем жидкая вода. Поэтому лед занимает больше места, чем вода. Практически это имеет смысл, потому что лед расширяется. Вот почему не рекомендуют замораживать стеклянную бутылку воды — замороженная вода может создавать большие трещины даже в бетоне. Если у вас есть литровая бутылка льда и литровая бутылка воды, тогда бутылка с ледяной водой будет легче. Молекулы находятся дальше друг от друга в этой точке, чем когда вещество находится в жидком состоянии. Вот почему лед не тонет в воде.

Когда лед тает, стабильная кристаллическая структура разрушается и становится плотнее. Когда вода прогревается до 4 °C, она получает энергию, и молекулы движутся быстрее и дальше. Именно по этой причине горячая вода занимает больше места, чем холодная вода, и плавает поверх холодной воды — она обладает меньшей плотностью. Вспомните, когда вы находитесь на озере, во время купания верхний слой воды всегда приятный и теплый, однако когда вы опускаете свои ноги глубже, ощущаете холод нижнего слоя.

Значение процесса в функционировании планеты

Несмотря на то что вопрос «Почему лед не тонет в воде?» для 3 класса, очень важно понимать, почему этот процесс происходит и какое имеет значение для планеты. Так, плавучесть льда имеет важные последствия для жизни на Земле. зимой в холодных местах — это позволяет рыбе и другим водным животным выживать под ледяным покрывалом. Если бы замерзло дно, то высока вероятность того, что все озеро могло бы быть заморожено.

В таких условиях в живых не осталось бы ни единого организма.

Если бы плотность льда была выше плотности воды, то в океанах лед бы опустился, и ледяные шапки, которые в таком случае находились бы на дне, не позволили бы кому-либо там жить. На дне океана было бы полно льда — и во что бы это все превратилось? Кроме всего прочего, полярный лед важен, поскольку он отражает свет и предохраняет планету Земля от чрезмерного перегревания.

Все знают, что лёд — это замёрзшая вода, правильнее сказать, пребывающая в твёрдом агрегатном состоянии. Но почему лёд не тонет в воде, а плавает на её поверхности?

Вода — необычное вещество, обладающее редкими, даже аномальными свойствами. В природе большинство веществ расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Например, ртуть в градуснике поднимается по узкой трубке и показывает повышение температуры. Поскольку ртуть замерзает при -39 ºС, она не годится для термометров, используемых в суровых температурных условиях.

Вода также расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Однако в диапазоне охлаждения от примерно +4 ºС до 0 ºС она расширяется. Вот почему зимой могут лопнуть водопроводные трубы, если вода в них замёрзла и образовались большие массы льда. Давления льда на стенки трубы бывает достаточно для их разрыва.

Расширение воды

Так как вода расширяется при охлаждении, плотность льда (т. е. её твёрдой формы) меньше, чем у воды в жидком состоянии. Другими словами, данный объём льда весит меньше, чем тот же объём воды. Сказанное отражает формула m = ρV, где V — объём тела, m — масса тела, ρ — плотность вещества. Между плотностью и объёмом существует обратно пропорциональная зависимость (V = m/ρ), т. е. при увеличении объёма (при охлаждении воды) одна и та же масса будет иметь меньшую плотность. Данное свойство воды приводит к формированию льда на поверхности водоёмов — прудов и озёр.

Предположим, что плотность воды равна 1. Тогда лёд будет иметь плотность равную 0,91. Благодаря этой цифре мы можем узнать толщину льдины, которая плывет по воде. Например, если льдина имеет высоту над водой 2 см, то можно сделать вывод, что её подводный слой в 9 раз толще (т. е. 18 см), а толщина всей льдины — 20 см.

В районе Северного и Южного полюсов Земли вода замерзает и образует айсберги. Некоторые из этих плавающих ледяных гор имеют огромные размеры. Самым крупным из известных человеку считается айсберг с площадью поверхности 31 000 кв. километров, который был обнаружен в 1956 году в Тихом океане.

Каким образом вода в твёрдом состоянии увеличивает свой объём? За счёт изменения своей структуры. Ученые доказали, что лёд имеет ажурное строение с полостями и пустотами, которые при плавлении заполняются молекулами воды.

Опыт показывает, что температура замерзания воды с увеличением давления понижается примерно на один градус на каждые 130 атмосфер.

Известно, что в океанах на больших глубинах температура воды ниже 0 ºС, и тем не менее она не замерзает. Объясняется это давлением, которое создают верхние слои воды. Слой воды толщиной в один километр давит с силой около 100 атмосфер.

Сравнение плотности воды и льда

Может ли плотность воды быть меньше плотности льда и означает ли это, что он утонет в ней? Ответ на данный вопрос утвердительный, что легко доказать следующим экспериментом.

Возьмём из морозильной камеры, где температура равна -5 ºС, кусок льда величиной в треть стакана или немного больше. Опустим его в ведро с водой температурой +20 ºС. Что мы наблюдаем? Лёд быстро погружается и тонет, постепенно начиная таять. Это происходит потому, что вода температурой +20 ºС имеет меньшую плотность по сравнению со льдом температурой -5 ºС.

Существуют модификации льда (при высоких температурах и давлениях), которые ввиду большей плотности будут в воде тонуть. Речь идёт о так называемом «тяжёлом» льде — дейтериевом и тритиевом (насыщенном тяжёлым и сверхтяжёлым водородом). Несмотря на наличие таких же пустот, как в протиевом льде, он утонет в воде. В противовес «тяжёлому» льду, протиевый лишён тяжёлых изотопов водорода и содержит 16 миллиграммов кальция на литр жидкости. Процесс его приготовления предполагает очищение от вредных примесей на 80%, благодаря чему протиевая вода считается наиболее оптимальной для жизнедеятельности человека.

Значение в природе

Тот факт, что лёд плавает на поверхности водоёмов, играет важную роль в природе. Если бы вода не обладала данным свойством и лёд погружался на дно, это привело бы к промерзанию всего водоёма и, как следствие, гибели населяющих его живых организмов.

Когда наступает похолодание, сначала при температуре выше +4 ºС более холодная вода с поверхности водоёма опускается вниз, а тёплая (более лёгкая), поднимается вверх. Этот процесс называется вертикальная циркуляция (перемешивание) воды. Когда же во всём водоёме устанавливается +4 ºС, этот процесс приостанавливается, так как с поверхности вода уже при +3 ºС становится легче той, что находится ниже. Происходит расширение воды (её объём увеличивается приблизительно на 10 %) и уменьшение её плотности. Как следствие того, что более холодный слой оказывается сверху, на поверхности происходит замерзание воды и появление ледяного покрова. Вследствие своей кристаллической структуры лёд обладает плохой теплопроводностью, т. е. сдерживает тепло. Слой льда выступает своеобразным теплоизолятором. И вода, находящаяся подо льдом, сохраняет своё тепло. Благодаря теплоизоляционным свойствам льда, передача «холода» в нижние слои воды резко уменьшается. Поэтому у дна водоёма почти всегда остаётся хотя бы тонкий слой воды, что чрезвычайно важно для жизнедеятельности его обитателей.

Таким образом, +4 ºС — температура максимальной плотности воды — это и есть температура выживания в водоёме живых организмов.

Применение в быту

Выше упоминалось о возможности разрыва водопроводных труб при замерзании воды. Во избежание повреждения водопровода при низких температурах нельзя допускать перерывов в подаче тёплой воды, которая идёт по трубам отопления. Аналогичной опасности подвергается автотранспортное средство, если в морозы оставлять воду в радиаторе.

А теперь поговорим о приятной стороне уникальных свойств воды. Катание на коньках — большое удовольствие для детей и взрослых. А задумывались ли вы, почему лёд такой скользкий? Например, стекло тоже скользкое, к тому же глаже и привлекательнее льда. Но по нему коньки не скользят. Лишь лёд обладает таким специфическим восхитительным свойством.

Дело в том, что под тяжестью нашего веса происходит давление на тонкое лезвие конька, что, в свою очередь, вызывает давление на лёд и его таяние. При этом образуется тонкая плёнка воды, о которую и скользит стальное лезвие конька.

Различие в замерзании воска и воды

Как показывают опыты, поверхность ледяного кубика образует некую выпуклость. Это происходит из-за того, что застывание в его середине происходит в последнюю очередь. А расширяясь во время перехода в твёрдое состояние, эта выпуклость ещё больше поднимается. Противопоставить этому можно застывание воска, который, наоборот, образует углубление. Это объясняется тем, что воск после перехода в твёрдое состояние сжимается. Жидкости, которые равномерно сжимаются при промерзании, образуют несколько вогнутую поверхность.

Для замерзания воды недостаточно охладить её до точки замерзания в 0 ºС, необходимо эту температуру поддерживать за счет постоянного охлаждения.

Вода с примесью соли

Добавление поваренной соли к воде снижает точку её замерзания. Именно по этой причине зимой дороги посыпают солью. Солёная вода замерзает при температуре -8 °С и ниже, поэтому пока температура не упадёт как минимум до этой точки, замерзания не происходит.

Льдосоляная смесь порой применяется в качестве «охлаждающей смеси» для низкотемпературных опытов. Когда лёд тает, он поглощает скрытое тепло, требуемое для превращения, из окружающей его среды, тем самым охлаждая её. При этом поглощается столько тепла, что температура может упасть ниже -15 °С.

Универсальный растворитель

Чистая вода (молекулярная формула H 2 0) не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха. Молекула воды состоит из водорода и кислорода. При попадании в воду других веществ (растворимых и нерастворимых в воде) происходит её загрязнение, поэтому в природе нет абсолютно чистой воды. Все вещества, которые встречаются в природе, в разной степени могут растворяться в воде. Это определяется их уникальными свойствами — растворимостью в воде. Поэтому вода считается «универсальным растворителем».

Гарант стабильной температуры воздуха

Вода медленно нагревается благодаря высокой теплоёмкости, но, тем не менее, процесс остывания происходит намного медленнее. Это даёт возможность в летнее время года накапливать тепло океанам и морям. Высвобождение тепла происходит в зимний период, благодаря чему нет резкого перепада температуры воздуха на территории нашей планеты на протяжении всего года. Океаны и моря – это оригинальный и природный аккумулятор тепла на территории Земли.

Поверхностное натяжение

Вывод

Тот факт, что лёд не тонет, а плавает на поверхности, объясняется его меньшей плотностью по сравнению с водой (удельная плотность воды 1000 кг/м³, льда — около 917 кг/м³). Данный тезис справедлив не только в отношении льда, но и любого другого физического тела. Например, плотность бумажного кораблика или осеннего листка намного ниже плотности воды, что и обеспечивает их плавучесть.

Тем не менее, свойство воды иметь в твёрдом состоянии меньшую плотность является большой редкостью в природе, исключением из общего правила. Аналогичными свойствами обладают лишь металл и чугун (сплав металла железа и неметалла углерода).

Каждый из нас наблюдал, как весной на речке плавают ледяные пластины. Но почему же они не тонут
? Что удерживает их на водной глади?

Складывается впечатление, что несмотря на их вес, что-то просто не даёт им опуститься вниз. Суть этого загадочного явления и собираюсь раскрыть.

Почему же лёд не тонет

Всё дело в том, что вода — очень необычные вещество
. Она обладает удивительными свойствами, которые мы порой просто не замечаем.

Как известно, почти все вещи в мире расширяются при нагревании и сужаются при охлаждении. Это правило распространяется и на воду, но с одним интересным замечанием: при охлаждении от +4°С до 0°С вода начинает расширяться
. Этим и объясняется низкая плотность ледяных масс. Расширенная от явления выше вода становится легче той, в которой находится
, и начинает дрейфовать на её поверхности.

Чем опасен такой лёд

Описанное выше явление часто встречается в природе и быту. Но если начать забывать о нём, то оно может стать источником многих проблем. Например:

  • зимой от замёрзшей воды могут лопнуть водопроводные трубы
    ;

  • эта же вода, замерзая в горных трещинах, способствует разрушению пород
    , вызывая горные обвалы;
  • нельзя забывать сливать воду с автомобильного радиатора
    , чтобы избежать вышеописанных ситуаций.

Но есть и положительные моменты. Ведь если бы вода не обладала такими удивительными свойствами, то не было бы такого вида спорта, как катание на коньках
. Под тяжестью тела человека лезвие у конька так сильно давит на лёд, что тот просто тает, создавая водяную плёнку, идеальную для скольжения.

Вода в океанических глубинах

Ещё одним интересным моментом является то, что даже несмотря на нулевую температуру в океанических (или морских) глубинах, вода там не замерзает
, не становится ледяной глыбой. Почему это происходит? Тут всё дело в давлении
, которое оказывают верхние водные слои.

Вообще, давление способствует затвердеванию различных жидкостей. Оно вызывает сокращение объёма тела, значительно облегчая её переход в твёрдое состояние. Но вода при замерзании не уменьшается в объёмах, а наоборот, увеличивается. И поэтому давление, препятствуя водному расширению, снижает температуру её замерзания
.

Это всё, что я могу рассказать об этом интересном явлении. Надеюсь, вы узнали для себя что-нибудь новое. Удачи в путешествиях!

Ким Ирина, обучающаяся 4 класса

Исследовательская работа по теме » Почему лёд не тонет?»

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное казённое Образовательное Учреждение «Красноярская СОШ»

Исследовательская работа

Выполнила:

Ким Ирина,

обучающаяся 4 класса.

Руководитель:

Иванова Елена Владимировна,

учитель начальных классов.

с. Красный Яр 2013г.

1. Введение.

2.Основная часть:

Почему же предметы плавают?

Древнегреческий ученый Архимед.

Закон Архимеда.

Эксперименты.

Важная особенность воды.

3. Заключение.

4. Список литературы.

5. Приложения.

Введение.

Почему одни вещества тонут в воде, а другие нет? И почему есть так мало веществ, способных плавать в воздухе (т. е. летать)? Понимание законов плавучести (и погружения) позволяет инженерам строить корабли из металлов, которые тяжелее воды, и конструировать дирижабли и воздушные шары, способные плавать в воздухе. В спасательный жилет накачивают воздух, поэтому он помогает человеку держаться на воде.

В том, что лёд плавает на воде, никто не сомневается; каждый это видел сотни раз и на пруду, и на реке. Но почему это происходит? Какие ещё предметы способны держатся на воде? Вот это я и решила выяснить.

Цель:

Определение причин непотопляемости льда.

Задачи:

1.Выяснить условия плавания тел.

2. Выяснить, почему не тонет лёд.

3. Провести эксперимент по изучению плавучести.

Гипотеза:

Возможно, лёд не тонет, потому, что, вода плотнее льда.

Основная часть:

Почему же предметы плавают?

Если погрузить тело в воду, оно вытеснит некоторое количество воды. Тело занимает место, где раньше была вода, и уровень воды поднимается.

Если верить легенде, древнегреческий ученый Архимед (287 — 212 до н.э.), находясь в ванне, догадался, что погруженное тело вытесняет равный объем воды. На средневековой гравюре изображен Архимед, совершивший свое открытие
.
(см. Приложение1)

Сила, с которой вода выталкивает погруженное в нее тело, называется силой выталкивания.

Закон Архимеда гласит, что сила выталкивания равна весу жидкости, вытесненной погруженным в неё телом. Если сила выталкивания меньше веса тела, то оно тонет, если она равна весу тела, оно плавает.

Эксперимент № 1
:(см.Приложение 2)

Я решила увидеть, как действует сила выталкивания, отметила уровень воды, опустила в сосуд с водой пластилиновый шарик на резинке. После погружения уровень воды поднялся, а длина резинки уменьшилась. Отметила фломастером новый уровень воды.

Вывод: Со стороны воды на пластилиновый шарик подействовала сила, направленная вверх. Поэтому уменьшилась длина резинки, т.е. шарик, погруженный в воду стал легче.

Потом слепила из этой же пластилина лодочку и осторожно опустила её на воду. Как видите, вода поднялась ещё выше. Лодочка вытеснила больше воды, чем шарик, а значит, и сила выталкивания больше.

Волшебство свершилось, тонущий материал плавает на поверхности! Ай да Архимед!

Чтобы тело не тонуло, его плотность должна быть меньше плотности воды.

Не знаете, что такое плотность? Это масса однородного вещества в единице объема.

Эксперимент № 2: «Зависимость выталкивающей силы от плотности воды»
(см.Приложение 3)

Я взяла: стакан с чистой водой (неполный), сырое яйцо и соль.

Поместила в стакан яйцо, если яйцо свежее — оно опустится на дно. Затем начала аккуратно досыпать в стакан соль и наблюдала, как яйцо начнет всплывать.

Вывод: При увеличении плотности жидкости увеличивается выталкивающая сила.

В яйце есть воздушный пакет, и при изменении плотности жидкости яйцо всплывает к поверхности на манер подводной лодки.

Раньше, до изобретения холодильников, наши предки проверяли, свежее яйцо или нет: свежие яйца тонут в чистой воде, а испортившиеся — всплывают, так как внутри них образуется газ.

Эксперимент № 3 «Водоплавающий лимон»
(см.Приложение 4)

Набрала в емкость воду и опустила в нее лимон. Лимон плавает. А потом очистила его от кожуры и вновь опустила в воду. Лимон утонул.

Вывод: лимон утонул из-за того, что увеличилась его плотность. Кожура у лимона менее плотная, чем его внутренность, и содержит много частичек воздуха, которые помогают лимону оставаться на поверхности воды.

Эксперимент № 4
(см.Приложение 5)

1. В стакан налила воду и поставила на улицу. Когда вода замёрзла, стакан лопнул. Положила образовавшийся лёд в емкость с холодной водой и увидела, что он плавает.

2. В другой ёмкости посолила хорошенько воду и размешала до полного ее растворения. Взяла лёд и повторила опыт. Лёд плавает, и даже лучше, чем в пресной воде, чуть ли не наполовину выступая из воды.

Все ясно! Кубик льда плавает, потому что, при замерзании лёд расширяется и становится легче воды. Плотность обычной, жидкой воды несколько больше, чем плотность замерзшей воды, то есть, льда.При увеличении плотности жидкости увеличивается выталкивающая сила.

Научные факты:

1факт Архимед: на всякое тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила.

2 факт Михаил Ломоносов:

Лёд не тонет потому, что имеет плотность – 920 кг\куб.м. А вода, плотнее –1000 кг\куб.м.

Вывод:

Я нашла 2 причины непотопляемости льда:

  1. На всякое тело, погружённое в воду действует выталкивающая сила.
  2. Плотность льда меньше плотности любой воды.

Попробуем вообразить, как выглядел бы мир, если бы вода обладала нормальными свойствами и лед был бы, как и полагается любому нормальному веществу, плотнее жидкой воды.

Зимой намерзающий сверху более плотный лед тонул бы в воде, непрерывно опускаясь на дно водоема. Летом лед, защищенный толщей холодной воды, не мог бы растаять.

Постепенно все озера, пруды, реки, ручьи промерзли бы нацело, превратившись в гигантские ледяные глыбы. Наконец, промерзли бы моря, а за ними и океаны. Наш прекрасный цветущий зеленый мир стал бы сплошной ледяной пустыней, кое-где покрытой тонким слоем талой воды.Одним из таких неповторимых свойств воды является ее способность расширяться при замерзании. Ведь все вещества при замерзании, то есть при переходе из жидкого состояния в твердое, сжимаются, а вода наоборот – расширяется. Ее объем при этом увеличивается на 9%. Но когда на поверхности воды образуется лед, то он, находясь между холодным воздухом и водой, препятствует дальнейшему охлаждению и промерзанию водоемов. Это необычное свойство воды, кстати, имеет важность и для образования почвы в горах. Попадая в маленькие трещины, которые всегда найдутся в камнях, дождевая вода при замерзании расширяется и разрушает камень. Так, постепенно каменная поверхность становится способной приютить растения, которые своими корнями довершают этот процесс разрушения камней и приводят к образованию на склонах гор почвы.

Лед всегда находится на поверхности воды и служит настоящим теплоизолятором. То есть вода под ним не так охлаждается, ледяная шуба надежно защищает ее от мороза. Оттого редкий водоем промерзает зимой до дна, хотя при экстремальных температурах воздуха это возможно.

Внезапное увеличение объёма при переходе воды 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.

Да, бревно, какое бы оно ни было большое, в воде не тонет. Секрет этого явления в том, что плотность дерева меньше плотности воды.

Между прочим…

Есть деревья, которые тонут в воде! Причина этого, что их плотность больше, чем плотность воды. Эти деревья называют «железными». К «железным деревьям» относятся, например, парротия персидская, азобе (африканское тропическое железное дерево), амазонское дерево, эбеновое дерево, палисандр, или розовое дерево, кумару и другие. У всех этих деревьев очень твердая и плотная древесина, насыщенная маслами, кора этих деревьев устойчива к гниению. Поэтому лодка из такого дерева тут же пойдет на дно, но зато «железные деревья» — отличный материал для изготовления мебели.

В морях и океанах встречаются иногда огромные ледяные горы — айсберги. 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 вовремя не заметит движущегося ледяного гиганта, оно может при столкновении получить серьёзные повреждения или даже погибнуть.

Рис. 4. Девять десятых массы айсберга находятся под водой.

Даже не смотря на то, что корабль сделан из железа, очень тяжелый, да ещё перевозит людей и грузы, он не тонет. Почему? А все дело в том, что в корабле кроме команды, пассажиров, груза есть воздух. А воздух намного легче воды. Корабль устроен так, что внутри него есть некоторое пространство, заполненное воздухом. Именно оно поддерживает корабль на поверхности воды и не даёт ему утонуть.

Подводные лодки

Подводные лодки погружаются и всплывают, изменяя свою относительную плотность. У них на борту есть большие контейнеры – балластные резервуары. Когда из них уходит воздух и внутрь закачивается вода, плотность лодки увеличивается и она погружается. Чтобы всплыть на поверхность, экипаж удаляет из резервуаров воду и накачивает туда воздух. Плотность вновь уменьшается и лодка всплывает. Балластные резервуары помещаются между внешним корпусом и стенками внутреннего отсека. Экипаж живёт и работает во внутреннем отсеке. Подводная лодка оснащена мощными винтами, которые позволяют ей двигаться сквозь толщу воды. На некоторых лодках установлены атомные реакторы.

Заключение.

Таким образом, проделав большую работу, я поняла. Что моя гипотеза, о том, почему лёд не тонет, подтвердилась.

Причины непотопляемости
льда
:

1. Лёд состоит из кристаллов воды, между которыми находится воздух. Следовательно, плотность льда меньше плотности воды.

2. На лёд со стороны воды действует выталкивающая сила.

Если бы вода была нормальной, а не уникальной жидкостью, мы не получали бы удовольствие от катания на коньках. Мы же не катаемся по стеклу? А ведь оно намного глаже и привлекательнее льда. Но стекло – такой материал, по которому коньки скользить не будут. А вот по льду, даже не очень хорошего качества кататься на коньках одно удовольствие. Вы спросите почему? Дело в том, что тяжесть нашего тела давит на очень тонкое лезвие конька, которое оказывает сильное давление на лед. В результате этого давления от конька лед начинает таять с образованием тонкой пленки воды, по которой конек превосходно скользит.

Приложение

Приложение1

СВОЙСТВА ВОДЫ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ (СВОЙСТВА ЛЬДА)


Предметные:

познакомятся со свойствами льда, с понятием “гололед”; научатся делать выводы о свойствах льда, практическом применении свойств воды

Метапредметные:

регулятивные — выполнять целеполагание как постановку учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно и усвоено учащимся, и того, что еще неизвестно;

познавательные — отбирать необходимые источники информации среди предложенных учителем словарей, энциклопедий, справочников, электронных дисков;

коммуникативные — разрешать конфликты; выявлять, идентифицировать проблемы; осуществлять поиск и оценку альтернативных способов разрешения конфликта; принимать решение и реализовывать его

Личностные: любить и ценить окружающий мир; открывать для себя что-то новое, удивительное в привычном и обычном

III. Сообщение темы урока.

Открытие нового знания, способа действия.

Работа по учебнику

Организует формулирование темы урока обучающимися. Организует работу по открытию нового знания, обеспечивает контроль за выполнением задания. Проводит учебное занятие в форме очередного заседания клуба. Председатель предлагает всем присутствующим подготовить доклад о свойствах льда для беседы с первоклассниками. Коллективно обсуждается план проведения каждого опыта, и только после его выполнения всеми детьми обсуждаются результаты опыта.

— Что произойдет с водой, если вынести ее на блюдце в мороз?

— Возьмите в руку пластинку льда. Какого цвета лед?

— В прежние времена жители северных стран вставляли зимой пластинки льда в окна вместо стекол.

— Какая поверхность у льда?

— Что происходит со льдом в теплой комнате?

— Что вы ощущаете?

— Возьмем кубик льда и стукнем по нему молотком. Что вы наблюдаете?

— О каких свойствах льда вы узнали?

— Что произойдет с водой, если температура воздуха опустится ниже 0°?

— Какая поверхность у льда?

— Ледяная корка, образовавшаяся на поверхности, называется гололедом. Чем опасен гололед?

— Прочитаем в учебнике (с. 69) советы Тамары Егоровны.

— Знания о том, что лед скользкий, помогали в давние времена в борьбе с врагами. Крепости, как правило, были защищены от врагов рвами с водой. Зимой, когда неприятель все же подходил к крепости, защитники поливали водой стены крепости. По ледяной стене взобраться вверх было невозможно.

Первый опыт на уроке подводит нас к выводу: лед — твердое тело. Это свойство льда используется для того, чтобы зимой передвигаться по замерзшим водоемам на транспорте и пешком. Особенно это важно в местах, далеких от железных дорог, где по ледяным трассам мощные грузовики возят грузы. Свойства льда как твердого тела используются и на стадионах, в школьных дворах, где зимой заливают большие ледяные площадки-катки для занятий спортом.

— Почему во время гололеда нам на дорогу требуется больше времени?

— Какие правила ходьбы необходимо соблюдать?

— Почему во время ходьбы руки должны быть свободны?

— Почему надо быть особенно внимательным на дороге?

Опыты:

— Возьмем кубики льда. Один положим на блюдце. Изменилась ли его форма?

— Лед — это твердое тело.

— Бросим кусочек льда в стакан с водой. Что с ним происходит? Вспомните ледоход. Льдины, которые он раскалывает, не тонут, они плавают по воде.

— Каково значение льда для водоемов?

— Это свойство льда очень важно для живой природы. Благодаря этому свойству, водоемы, которые зимой покрываются слоем льда, не промерзают до самого дна.

Если бы лед был тяжелее воды, он опускался бы с поверхности на дно, и постепенно заполнил бы собой весь водоем. Всему живому в водоеме грозила бы гибель

Формулируют тему урока, ставят учебную задачу.

Находят в тексте информацию по данному вопросу.

Выполняют задание учебника (с. 68): проводят наблюдение за кусочками льда в теплой комнате; дотрагиваются до льда пальцами, стучат по льдинке молоточком. Свои наблюдения сравнивают с наблюдениями Миши.

Выводы: 1) в теплом помещении лед нагревается, тает и превращается в воду; 2) лед холодный, скользкий, хрупкий.

— Вода замерзнет.

— Лед прозрачный.

— Поверхность у льда гладкая, скользкая.

— Лед в теплой комнате тает.

— Лед холодный.

— Лед раскололся, он хрупкий.

— Лед холодный, скользкий, хрупкий.

— Вода замерзнет и превратится в лед.

— Поверхность у льда гладкая, скользкая.

— Во время гололеда можно поскользнуться, упасть и получить травму.

Читают статью в учебнике.

— Идти надо не спеша, чтобы не упасть.

— Во время гололеда надо наступать на всю подошву и не торопиться.

— Во время ходьбы руки должны быть свободны для того чтобы было равновесие.

— Потому что на скользкой дороге водителю трудно управлять машиной, и она, даже при торможении, не сразу может остановиться.

— Нет, лед сохранил свою форму.

При выполнении второго опыта дети делают вывод: лед в воде не тонет.

— Лед не тонет в воде. Лед плавает на поверхности воды, потому что он легче воды.

— Он сверху закрывает водоем и не дает воде промерзать до дна

Планировать решение учебной задачи: выстраивать алгоритм действий, выбирать действия всоответствии с поставленной задачей.

Воспроизводить по памяти информацию, необходимую для решения учебной задачи, обосновывать выбор.

Применять правила делового сотрудничества.

Развивать чувство доброжелательности, эмоционально-нравственную отзывчивость.

Приводить убедительные доказательства в диалоге, проявлять активность во взаимодействии.

Осуществлять контроль по результату

IV. Включение нового в активное использование в сочетании с ранее изученным, освоенным.

Самостоятельная работа

Организует беседу, помогает сделать вывод. Уточняет и расширяет знания обучающихся.

— О каких свойствах льда вы узнали?

— Когда вода превращается в лед?

— Откуда берется снег?

— Какой бывает снег?

— Почему лед плавает?

— Для чего во льду водоемов делают проруби?

— Что такое айсберг?

Организует самостоятельную работу в тетради (задание 36, с. 26).

— Что происходит с водой при температуре 100°?

— Что происходит с водой при нагревании?

— При какой температуре вода замерзает?

— Что происходит с водой при температуре -2°? Организует коллективное выполнение задания 37.

— Можно ли сказать, что снег — одно из твердых состояний воды? Расскажите все, что вы знаете о свойствах снега

Отвечают на вопросы учителя, высказывают свои мнения и предположения. Уточняют и расширяют свои знания по теме урока. Доказывают, аргументируют свою точку зрения.

— Лед холодный, скользкий, хрупкий, твердый, не тонет в воде, бесцветный, прозрачный.

— Когда температура воздуха ниже 0°.

— Невидимые водяные пары поднимаются высоко в небо, где сильный холод. Там они превращаются в крохотные кристаллики льда. Эти льдинки растут, увеличиваются их лучики, и постепенно они становятся красивыми снежинками.

— Рыхлый, рассыпчатый, липкий, хрустящий.

— Лед легче воды.

— Лед не пропускает воздух в воду. Чтобы рыба не задохнулась, во льду делают проруби, через них и дышат водные обитатели.

— Айсберг — крупные обломки ледников.

Выполняют работу в тетради.

Задание 36: записывают выводы по результатам опытов.

Вывод: лед не тонет, он легче воды; лед бесцветен и прозрачен.

— При температуре 100 °С вода кипит.

— Вода при нагревании расширяется.

— Вода замерзает при ниже 0 °С.

— При температуре -2 °С вода замерзает, расширяется. Выполняют работу в тетради.

— Снег действительно одно из твердых состояний воды. Снег белый, непрозрачный, рыхлый, тает в тепле, плавает в воде.

В конце урока обучающиеся составляют доклад о свойствах льда для беседы с первоклассниками

Выбирать действия в соответствии с поставленной задачей, оценивать уровень владения тем или иным учебным действием, уметь вносить необходимые корректировки в действие после завершения на основе оценки и учёта характера сделанных ошибок.

Осуществлять взаимный контроль, планировать способы взаимодействия

VI. Итог урока.

Рефлексия

Оценка результатов выполнения заданий на уроке.

Организация подведения итогов урока обучающимися.

Предлагает обучающимся оценить свою работу на уроке.

— Что нового узнали на уроке? Какие состояния воды вы знаете?

— Какими знаниями, полученными на уроке, вы хотели бы поделиться дома?

— Какое задание понравилось больше всего?

— Что вызвало затруднение?

— Оцените свои достижения на уроке. Кто доволен своей работой, поднимите красный смайлик и синий — если некоторые вопросы вызвали затруднения

Отвечают на вопросы. Определяют свое эмоциональное состояние на уроке. Проводят самооценку, рефлексию.

— Жидкое, твердое и газообразное.

Используют рефлексивный экран:

• Было интересно…

• У меня получилось …

• Было трудно…

• Я смог…

• Я понял, что…

• Я попробую…

• Теперь я могу…

• Меня удивило…

• Я почувствовал, что…

• Мнезахотелось…

• Я научился…

Способность к самооценке на основе критерия успешности учебной деятельности (оценивать свои достижения, степень самостоятельности, инициативности)

Почему лед плавает? | Детский музей Индианаполиса

Когда вы кладете кубики льда в стакан с водой, задумывались ли вы, что заставляет их плавать, а не опускаться на дно стакана? Это происходит не только с маленькими кубиками льда — гигантские айсберги плавают над океанами и озерами! Давайте поговорим с нашими друзьями из Science ABC, чтобы понять, почему замороженная (т. Е. Твердая) форма воды всегда плавает в своей жидкой форме.

Тонет против. Плавающий

Плотность объекта определяет, будет ли этот объект тонуть или плавать.Если объект или вещество менее плотны (имеют меньший вес), чем другие компоненты в смеси, они будут плавать. Когда объект плавает, он вытесняет жидкость, равную его собственному весу. Science ABC использует ведро с водой и несколько камней, чтобы объяснить эту концепцию: если бросить камни в ведро с водой, они утонут. Это потому, что камни более плотные, чем вода, поэтому они вытесняют воду — или отталкивают ее в сторону.

Почему лед плавает?

Поскольку известно, что твердые объекты более плотные и имеют больший вес, чем жидкости, а лед является твердым телом, можно было бы автоматически подумать, что лед тонет в воде.Но это не так! Что такого особенного в льду, что заставляет его плавать? Вы не поверите, но лед на самом деле примерно на 9% менее плотный, чем вода. Поскольку вода тяжелее, она вытесняет более легкий лед, заставляя лед всплывать наверх.

Чем лед менее плотен, чем вода?

Когда жидкость охлаждается, большее количество молекул сближается, и их необходимо разместить на меньшей площади. Это приводит к тому, что большинство твердых тел имеют большую плотность, чем жидкости. Не так со льдом.Вода состоит из положительно заряженных атомов водорода и отрицательно заряженных атомов кислорода. Когда вода охлаждается, водородные связи регулируются, чтобы удерживать отрицательно заряженные атомы кислорода друг от друга, что предотвращает уплотнение льда. Таким образом, для воды плотность фактически уменьшается вместе с понижением температуры, в результате чего лед становится менее плотным, чем вода!

Подарок природе

Глядя на эту концепцию в природе, мы видим, насколько она важна: озера и реки замерзают сверху вниз, позволяя рыбе выжить даже после того, как поверхность воды, в которой они живут, замерзла.В этот зимний сезон, когда вы гуляете на природе, катаетесь на санях или катаетесь на коньках, если поблизости есть река или озеро, уделите время внимательному наблюдению за ними. Верх замерз? Если это так, просмотрите замороженный слой и посмотрите, сможете ли вы заметить какую-нибудь рыбу, счастливо плавающую вокруг.

Ищете больше Никогда не переставайте спрашивать «Почему?» вопросов? Читайте все прошлые «Почему» в блоге!

Почему лед плавает?

Почему лед плавает?

Вода другая.Почти все на Земле, кроме пресной воды,
чем холоднее становится, тем плотнее становится. Принимайте алкоголь для
пример. Если бы нам нужно было наполнить 1-литровую емкость чистым спиртом при 30 ° C.
градусы
По Цельсию (86 по Фаренгейту), а затем возьмите еще 1-литровый контейнер и наполните его
с чистым спиртом при температуре 10 градусов по Цельсию (50 по Фаренгейту) более прохладный контейнер
алкоголь весил бы больше. Это потому, что более холодный спирт более плотный,
Таким образом, в один контейнер может поместиться больше молекул спирта. Это верно с
пресноводный тоже, до определенной степени.Но при температуре около 4 градусов по Цельсию (40 по Фаренгейту) вода
достигает самой плотной точки. Удивительно, но по мере того, как вода остывает дальше, она
становится менее плотным.

Каждая молекула воды состоит из 2 атомов водорода и 1 атома кислорода. Это
связаны друг с другом очень прочными химическими связями, называемыми
ковалентные связи. Молекулы воды связаны с каждым
другой — гораздо более слабыми химическими связями, называемыми
водородные связи между положительно заряженным водородом
атомов и один отрицательно заряженный атом кислорода в соседней молекуле воды.

Когда вода становится холоднее 4 градусов по Цельсию (40 по Фаренгейту), водородные связи
соединение разных молекул воды регулируется, чтобы держать отрицательно заряженные
атомы кислорода отдельно. Это приводит к кристаллической решетке, которая начинает формироваться при
менее 4 градусов Цельсия. Эта кристаллическая решетка полностью формируется при
замораживание, обычно известное как лед.

Итак, почему лед плавает? Как и большинство вещей, которые плавают, лед плавает
потому что она менее плотная, чем жидкая вода. Лед примерно на 9% менее плотный.Когда образуется лед, он занимает примерно на 9% больше места, чем когда-либо
жидкость. Таким образом, емкость со льдом объемом 1 литр весит меньше, чем емкость со льдом объемом 1 литр.
жидкой воды, и более легкий материал всплывает наверх.
Как мы уже говорили, вода другая.

Dragonfly Challenge:
Представьте себе мир, в котором лед был плотнее жидкой воды. Что бы это
мир быть похожим? Каковы будут последствия для жизни в вашей местной пресной воде?
ручьи и озера. Напишите об этом рассказ или эссе и отправьте нам по адресу:

Стрекоза @ MUOhio.Edu

С тех пор, как к этому документу обращались 13 681 раз
06.01.97 по 30 мая 2002 г. на сервере MIAVX1. К нему обращались в общей сложности 1 раз.
Последний раз этот документ был изменен в понедельник, 2 июня 2008 г., в 16:39:00.
Замечания и предложения присылайте по адресу
Адрес электронной почты защищен JavaScript.
Пожалуйста, включите JavaScript для продолжения

Почему лед плавает в воде?

Когда вы весь день играете на улице, нет ничего лучше, чем расслабиться за кухонным столом с большим стаканом ледяной воды.Есть что-то приятное в звоне кубиков льда, когда они ударяются о дно стакана. Когда вы поливаете их водой, они шипят и немного потрескивают, медленно поднимаясь к верхней части стакана.

Вы когда-нибудь задумывались о том, что такое любопытная смесь ледяной воды? Это буквально твердая вода, плавающая в жидкой воде. Как это круто? (Каламбур полностью предназначен.) Но почему лед плавает в воде?

Ученые скажут вам, что это связано с плотностью, которая является мерой массы на единицу объема.Лед плавает, потому что он менее плотный, чем вода.

Что-то плотнее воды, например камень, опустится на дно. Чтобы иметь возможность плавать, объект должен вытеснять жидкость с весом, равным его собственному весу.

Тот факт, что лед плавает в воде, немного странный, потому что большинство веществ более плотные, когда они твердые. Однако вода достигает максимальной плотности при температуре 4,4 ° C (40 ° F). По мере того, как вода охлаждается и замерзает, она становится менее плотной из-за уникальной природы водородных связей.

Каждая молекула воды состоит из одного атома кислорода, прочно связанного с двумя атомами водорода ковалентными связями. Этот факт отражен в химической формуле воды: H 2 O.

Молекулы воды притягиваются друг к другу более слабыми водородными связями. Они образуются между положительно заряженными атомами водорода и отрицательно заряженными атомами кислорода в соседних молекулах воды.

По мере снижения температуры воды более слабые водородные связи начинают удерживать отрицательно заряженные атомы кислорода друг от друга, образуя жесткую кристаллическую сотовую структуру, которую мы называем льдом.Молекулы воды во льду занимают примерно на 9% больше места, чем жидкая вода, а это означает, что лед примерно на 9% менее плотный, чем вода.

Если у вас есть галлон льда и галлон воды, галлон льда будет весить меньше галлона воды. Когда вы кладете лед в воду, более плотная вода подталкивает лед к вершине, где он будет плавать.

Это уникальное свойство воды особенно полезно для рыб, обитающих в замерзающих зимой водоемах. Поскольку лед плавает, водоемы замерзают сверху вниз.Это позволяет рыбе выжить глубоко под водой, даже когда поверхность замерзает!

2.2B: Состояния воды: газ, жидкость и твердое тело

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

  • Объясните биологическое значение способности льда плавать на воде.

Состояния воды: газ, жидкость и твердое тело

Образование водородных связей — важное качество жидкой воды, которое имеет решающее значение для жизни, какой мы ее знаем. Поскольку молекулы воды образуют водородные связи друг с другом, вода приобретает некоторые уникальные химические характеристики по сравнению с другими жидкостями, а поскольку живые существа имеют высокое содержание воды, понимание этих химических свойств является ключом к пониманию жизни.В жидкой воде водородные связи постоянно образуются и разрываются, когда молекулы воды скользят друг мимо друга. Разрыв этих связей вызван движением (кинетической энергией) молекул воды из-за тепла, содержащегося в системе. Когда при кипячении воды повышается температура, более высокая кинетическая энергия молекул воды приводит к полному разрыву водородных связей и позволяет молекулам воды улетучиваться в воздух в виде газа (пара или водяного пара). С другой стороны, когда температура воды снижается и вода замерзает, молекулы воды образуют кристаллическую структуру, поддерживаемую водородными связями (не хватает энергии для разрыва водородных связей).Это делает лед менее плотным, чем жидкая вода, что не наблюдается при затвердевании других жидкостей.

Фазы материи : Посмотрите, что происходит с межмолекулярными связями во время фазовых изменений в этом взаимодействии.

Более низкая плотность воды в твердой форме связана с ориентацией водородных связей при замерзании: молекулы воды раздвигаются дальше, чем в жидкой воде. В случае большинства других жидкостей затвердевание при понижении температуры включает снижение кинетической энергии между молекулами, что позволяет им упаковываться даже более плотно, чем в жидкой форме, и придает твердому телу большую плотность, чем жидкость.

Низкая плотность льда, что является аномалией, заставляет его плавать на поверхности жидкой воды, такой как айсберг или кубики льда в стакане с водой. В озерах и прудах лед образуется на поверхности воды, создавая изолирующий барьер, который защищает животных и растения в пруду от замерзания. Без этого слоя изолирующего льда растения и животные, живущие в пруду, замерзли бы в твердой глыбе льда и не смогли бы выжить. Губительное воздействие замерзания на живые организмы вызвано расширением льда относительно жидкой воды.Кристаллы льда, образующиеся при замораживании, разрывают хрупкие мембраны, необходимые для функционирования живых клеток, необратимо повреждая их. Клетки могут пережить замерзание только в том случае, если воду в них временно заменить другой жидкостью, например глицерином.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Плотность льда : Водородная связь делает лед менее плотным, чем жидкая вода. Решетка (а) льда делает его менее плотным, чем свободно движущиеся молекулы жидкой воды, что позволяет ему (б) плавать по воде.

Ключевые моменты

  • При кипячении воды кинетическая энергия приводит к полному разрыву водородных связей и позволяет молекулам воды улетучиваться в воздух в виде газа (пара или водяного пара).
  • Когда вода замерзает, молекулы воды образуют кристаллическую структуру, поддерживаемую водородными связями.
  • Твердая вода или лед менее плотная, чем жидкая вода.
  • Лед менее плотен, чем вода, потому что ориентация водородных связей заставляет молекулы расходиться дальше друг от друга, что снижает плотность.
  • Для других жидкостей затвердевание при понижении температуры включает снижение кинетической энергии, что позволяет молекулам упаковываться более плотно и делает твердое вещество более плотным, чем его жидкая форма.
  • Поскольку лед менее плотный, чем вода, он может плавать на поверхности воды.

Ключевые термины

  • плотность : Мера количества вещества, содержащегося в данном объеме.

Плотность

— Раковина и поплавок для жидкостей | Глава 3: Плотность

Ключевые концепции

  • Поскольку плотность является характерным свойством вещества, каждая жидкость имеет свою характеристическую плотность.
  • Плотность жидкости определяет, будет ли она плавать или тонуть в другой жидкости.
  • Жидкость будет плавать, если она менее плотная, чем жидкость, в которую она помещена.
  • Жидкость тонет, если она более плотная, чем жидкость, в которую она помещена.

Сводка

Учащиеся увидят три бытовых жидкости, сложенные друг на друга, и придут к выводу, что их плотность должна быть разной. Они предсказывают относительную плотность жидкостей, а затем измеряют их объем и массу, чтобы увидеть, совпадают ли их расчеты с их наблюдениями и прогнозами.

Цель

Учащиеся смогут определить, будет ли жидкость тонуть или плавать в воде, сравнив ее плотность с плотностью воды.

Оценка

Загрузите лист активности учащегося и раздайте по одному учащемуся, если это указано в упражнении. Лист упражнений будет служить компонентом «Оценить» каждого плана урока 5-E.

Безопасность

Убедитесь, что вы и ваши ученики носите правильно подогнанные очки. При использовании изопропилового спирта прочтите и соблюдайте все предупреждения на этикетке.Изопропиловый спирт легко воспламеняется. Держите его подальше от источников огня или искр.

материалов для каждой группы

  • Весы
  • Изопропиловый спирт, 70% или выше
  • Вода
  • Градуированный цилиндр
  • 2 одинаковых высоких прозрачных пластиковых стакана
  • 2 чайные свечи

Материалы для демонстрации

  • Весы
  • Изопропиловый спирт, 70% или выше
  • Вода
  • Градуированный цилиндр
  • 2 одинаковых высоких прозрачных пластиковых стакана
  • 2 чайные свечи

Заметки о материалах

Изопропиловый спирт

Демонстрации и упражнения лучше всего работают с 91% раствором изопропилового спирта, который доступен во многих продуктовых магазинах и аптеках.Если вы не можете найти 91% раствор, подойдет 70%, но ваша свеча может в нем не утонуть. Если это произойдет, не проводите демонстрацию. Хотя раствор изопропилового спирта состоит из 91% спирта и 9% воды, вы можете не обращать внимания на небольшое количество воды для целей этого урока.

Весы

Простые весы — это все, что требуется для второй демонстрации. Один из самых дешевых — это весы для начальной школы Delta Education (21 дюйм), продукт № WW020-0452 (21 дюйм). Учащиеся могут использовать меньшую версию тех же весов, Delta Education, Primary Balance (12 дюймов), продукт № WW020-0452.

Растущие поплавки и уменьшающиеся грузила — Вода, лед и снег — Помимо пингвинов и белых медведей

Эта научно-популярная статья написана для учащихся старших классов (4–5 классы). Учащиеся узнают о молекулярной структуре воды, почему вода расширяется при замерзании и почему способность льда плавать важна для жизни на Земле. Концепции и структура текста этой статьи сложны, и мы рекомендуем использовать соответствующие упражнения (см. Ниже), чтобы помочь учащимся понять текст.

Растущие поплавки и усадочные грузила

Уровень чтения Флеша-Кинкейда = 5,1

Возьмите кубик льда из морозильной камеры и бросьте его в свой любимый послешкольный напиток. Что случается? Вероятно, вы видели, как ваш куб немного тонул, затем всплывал на поверхность и просто оставался там, плавая, как пробка или игрушка для ванны. Подумаешь, правда? Неправильный! То, что вы только что пережили, — одно из самых странных и самых важных событий на Земле. Лед плавает в воде, и это делает воду странной!

Лед — это, конечно, просто твердая вода.Возьмите кубик льда в руку, и вы быстро промокнете, потому что тепло вашего тела превращает лед из твердого в жидкий. Тепло также изменяет другие вещества (например, железо) из твердого состояния в жидкое. Но есть большая разница.

Для большинства веществ твердая форма погружается в жидкую. Представьте чан расплавленного железа . Бросьте кусок твердого железа, и он утонет, как камень. Твердое железо тонет в расплавленном железе, потому что при образовании твердого железа оно сжимается.

Термоусадочный утюг

Подумайте, что на самом деле происходит, когда что-то сжимается.Все вокруг нас состоит из атомов . Атомы, из которых состоит расплавленное железо, движутся быстро ! Они отскакивают друг от друга на большой скорости. Когда расплавленное железо охлаждается, атомы немного замедляются. Более медленные атомы не отскакивают друг от друга с такой силой, поэтому атомы оказываются ближе друг к другу. В конце концов, атомы становятся настолько медленными, что фиксируются на месте в форме, называемой кристаллом.

Вы можете думать о кристаллах как о прекрасных блестящих драгоценностях. Однако когда ученые говорят о кристаллах, они говорят о другом.Кристалл — это просто упорядоченное расположение атомов. Когда расплавленное железо охлаждается, оно образует кристаллы. Если он остывает медленно, он образует один большой кристалл. Если он быстро остывает, он образует множество маленьких кристаллов. В любом случае атомы в твердом кристалле расположены ближе друг к другу, чем атомы в жидкости. Вот почему твердое железо тонет в расплавленном железе.

Это верно почти для любого материала, о котором вы только можете подумать. Атомы в твердом теле расположены ближе друг к другу, чем в жидкости. Твердое тело сжимается и тонет в жидкости.Но это не относится к воде. Что-то странное происходит, когда вода становится холоднее и превращается в лед.

Растущий лед

Но что происходит, когда вода превращается в лед? Лучший способ понять это — построить свою собственную молекулу воды . Чтобы построить эту модель, вам понадобятся леденцы, зефир и зубочистки.

Модель одной молекулы воды. H = водород, O = кислород

Каждая молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.Давайте использовать леденцы для атомов кислорода. Зефир будет атомами водорода. Зубочистки будут удерживать атомы вместе.

Сначала воткните две зубочистки в мармелад. Но не ставьте зубочистки прямо напротив друг друга! Молекула воды немного изогнута. Выглядит это примерно так:

Теперь приклейте зефир на концы каждой зубочистки. Вот ваша молекула воды.


Давайте на минутку подумаем об этой жидкой воде. Представьте себе целое море молекул воды, проплывающих друг мимо друга.Их форма позволяет им приближаться друг к другу, не касаясь друг друга. При понижении температуры они движутся все медленнее и медленнее. Чем медленнее они двигаются, тем ближе они могут подойти друг к другу.

Вот тогда происходит что-то странное. Так же, как при охлаждении железа, охлаждающая вода начинает образовывать кристаллы. Но эти кристаллы имеют совершенно особую форму.

Почему? Это связано с атомами. Оказывается, атомы водорода могут приближаться к атомам кислорода. Но они не могут приблизиться к другим атомам водорода.В вашей модели это означает, что зефир может приближаться к маршмеллоу, но не к другим маршмеллоу. Это заставляет молекулы воды выстраиваться примерно так:

Молекулярная модель замороженной воды. Синий = атомы водорода, красный = атомы кислорода.

На этом рисунке каждая синяя точка — это атом кислорода или мармелад. Каждая красная точка — это атом водорода или зефир. Вы замечаете, сколько места между молекулами воды? Это дополнительное пространство заставляет лед плавать!

Когда вода остывает, ее молекулы сближаются.Молекулы начинают формировать эти широко открытые кристаллы. Формируется все больше и больше кристаллов, пока вода не превратится в лед. Широко открытая кристаллическая структура означает, что ледяная вода не сжималась. Он вырос!

Поп, выбоины и белые медведи

Если вы когда-нибудь оставляли в морозилке бутылку или банку с леденцом, вы знаете, насколько мощным может быть этот растущий лед. Он может даже разбить стекло! Лед внутри все сильнее и сильнее давит на стенки контейнера, пока контейнер не поддается, иногда со взрывом.То же самое делает выбоины на дорогах. Сначала вода просачивается в небольшие трещины на дороге. Потом вода замерзает. Ледяная вода разрастается, и трещины становятся больше. Вода закапывается, замерзает и растет, начиная все сначала.

Однако вода для выращивания — это не все плохо. На самом деле, без странного способа роста воды при замерзании мир был бы совсем другим. Представьте, если бы лед опустился на дно озер или даже океана. Оказавшись там, лед, скорее всего, больше никогда не растает.Большая часть воды в мире навсегда останется в ловушке глубоко под поверхностью озер и океана.

Если озера замерзнут снизу вверх, рыба не сможет пережить зиму. А что, если бы лед не плавал по морской воде? Белым медведям, тюленям и многим другим существам нужно будет найти новый образ жизни. Они зависят от плавающих льдов Арктики.

В следующий раз, когда вы охладите свой любимый напиток небольшим количеством твердой воды, подумайте, свидетелем какого удивительного события вы только что стали. Лед плавает, и это странно!

Глоссарий

атом — маленькие частицы, из которых состоит все вокруг нас

молекула — несколько атомов соединены вместе

расплав — плавленый или жидкий


Измененные версии этого текста доступны для классов K-1 (уровень чтения Флеша-Кинкейда = 1.4) и 2–3 классы (уровень чтения Флеша-Кинкейда = 3,0). См. Ниже ссылки на все три версии в текстовой, книжной и электронной форме.

Файлы для печати

Распечатать текстовую версию этой статьи для оценок:
Печатные книжные варианты этой статьи для оценок:

Примечания по сборке книг:

Вы можете собрать эту книгу несколькими способами.Вы можете распечатать страницы, разрезать их пополам, а затем расположить страницы в обратном порядке. Сложите стопку пополам и скрепите корешок книги. Затем пары страниц можно сшить или склеить по правому краю.

Книгу также можно собрать как складную.

Чтобы собрать книги таким образом, распечатайте четыре страницы и выровняйте страницы документа так, чтобы следующие номера страниц книги находились в нижнем правом углу: первая страница, страница 6, страница 2 и страница 4.(Титульная страница должна быть вверху, а страница 4 — внизу.) Настройте копировальный аппарат на копирование отдельных страниц на двойные страницы и прогоните четыре страницы документа в указанном порядке. Вырежьте по пунктирной линии в центре двусторонней страницы, расположите страницы книги по порядку, согните и скрепите вдоль корешка.

Электронные книги

Растущие поплавки и усадочные грузила

Электронная книга классов К-1
Сочлененная версия
Флэш-версия

Электронная книга 2-3 классов
Сочлененная версия
Флэш-версия

Электронная книга для 4-5 классов
Сочлененная версия
Флэш-версия

В версии Articulate щелкните маленькую стрелку вверху каждой страницы для повествования.Большая стрелка справа перенесет вас на следующую страницу.

В версии Flash, кнопка play (в верхнем правом углу) будет воспроизводить аудиофайл с текстом на этой странице, а pawprint (нижний правый угол) перейдет на следующую страницу. Обратите внимание, что аудиофайлам требуется время для загрузки на каждой странице. После загрузки файла в правом верхнем углу страницы появится кнопка play . Чтобы минимизировать задержку на каждой странице, вы можете сначала открыть файл и прочитать статью.После загрузки звука каждой страницы он остается загруженным, пока вы не закроете окно браузера. Подготовив статью заранее, вы можете попросить учащихся начать с начала книги и читать без задержек. Если у вас нет Flash, вы можете бесплатно загрузить его с веб-сайта Adobe.

Мы также создали набор для обучения грамоте, который включает все иллюстрированные и электронные книги в одном удобном месте.

Сопутствующие виды деятельности

Эти уроки и упражнения помогут вам интегрировать эту статью в свои учебные пособия по естествознанию и грамотности.Задание, предложенное в рассказе (создание молекулярной модели воды), поможет ученикам 4 и 5 классов представить себе, почему вода расширяется при замерзании. Для младших школьников достаточно непосредственного наблюдения за замерзанием и таянием воды. Несколько мероприятий позволяют студентам исследовать последствия изменения климата и таяния льда с точки зрения уровня моря.

Набор клипов для морского льда (классы K-5)
Этот набор клипов включает 11 изображений различных форм льда и снега, встречающихся в полярных регионах, и видео (из коллекции Домена Учителя) о морском льду.

Вода и лед (классы K-2)
Учащиеся используют навыки наблюдения, измерения и общения, чтобы описать, что происходит с водой, когда она переходит из твердого состояния в жидкое и обратно.

Удивительные кубики льда: плавают и тонут (классы 3-5)
В отличие от почти всех других веществ, вода расширяется при замерзании и сжимается при таянии. Студенты открывают для себя это необычное свойство, наблюдая за завораживающим процессом плавления кубика льда в кулинарном масле. Демонстрация для учителя сокращения воды по мере ее таяния подготовлена ​​в начале урока и обсуждается после исследований учащихся.

«Когда плавучий лед тает в море» (3-5 классы)
Учащиеся используют воду и кубики льда для моделирования того, что происходит, когда плавучий лед тает. Студенты (и учителя) заметят, что таяние плавучих льдов, таких как айсберги и шельфовые ледники, не влияет на уровень моря. Может быть хорошей идеей пересмотреть процедуры, включив в них что-нибудь, чтобы уловить перелив воды. Попросите своих учеников изменить эксперимент, чтобы показать, что происходит с массами суши, окруженными водой, при таянии льда.

Когда тает наземный лед (3-5 классы)
Учащиеся моделируют таяние наземного льда (ледников и ледяных щитов), чтобы обнаружить, что этот тип таяния действительно влияет на уровень моря. Как и в случае с экспериментом с плавающим льдом, неплохо было бы включить что-нибудь, чтобы поймать перелив воды. Предложите учащимся подумать о бревне. Эффективно ли это моделирует то, что произойдет с землей? Что представляет собой вода? Как они могли изменить процедуру, чтобы исследовать, что происходит с другим участком суши в том же океане?

Эта статья написана Стивеном Уиттом.Для получения дополнительной информации см. Страницу Соавторы. Напишите Кимберли Лайтл, главному исследователю, с любыми вопросами о содержании этого сайта. Содержание этой страницы было обновлено в июне 2020 года.

Авторские права, август 2008 г. — Государственный университет Огайо. Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта № 0733024. Любые мнения, выводы, выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают взгляды Национального научного сообщества. Фундамент. Эта работа находится под лицензией Attribution-ShareAlike 3.0 Unported Creative Commons License .

Причина, по которой лед плавает

Лед плавает — вот почему в океане есть полярный лед и айсберги, и почему лед в вашем напитке плавает. Если подумать, это может показаться немного странным, потому что лед твердый и интуитивно понятно, он должен быть тяжелее жидкости и тонуть. Хотя это верно для большинства веществ, вода является исключением.Водородные связи и твердое состояние делают его легче, чем в жидком состоянии.

Лед менее плотный

Вода — удивительное вещество, которое питает жизнь на Земле — она ​​нужна каждому живому организму. Он также обладает некоторыми интересными свойствами, благодаря которым жизнь остается такой, какая она есть. Одно из наиболее важных свойств — самая плотная вода при температуре 4 ° C (40 ° F). И горячая вода, и лед менее плотны, чем холодная. Менее плотные вещества плавают поверх более плотных.Например, когда вы делаете заправку для салатов, масло плавает поверх уксуса, потому что оно менее плотное. То же верно для всего. Если у вас есть надувной пляжный мяч в бассейне, он плавает, если у вас есть камень, он тонет.

Хотя айсберг кажется тяжелым, он менее плотный, чем вода. Изображение предоставлено Национальной океанской службой NOAA.

Причина, по которой лед менее плотен, чем вода, связана с водородными связями. Как вы знаете, вода состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Они связаны ковалентными связями, которые очень прочны.Однако между различными молекулами воды также образуется другой тип связи, который называется водородной связью, которая является более слабой. Эти связи образуются, потому что положительно заряженные атомы водорода притягиваются к отрицательно заряженным атомам кислорода соседних молекул воды. Когда вода теплая, молекулы очень активны, много перемещаются, быстро образуют и разрывают связи с другими молекулами воды. У них есть энергия, чтобы прижаться друг к другу и быстро двигаться.

Когда температура воды опускается ниже 4 ° C, кинетическая энергия уменьшается, поэтому молекулы больше не двигаются так сильно.У них нет энергии, чтобы двигаться, разрываться и так легко образовывать связи. Вместо этого они образуют больше водородных связей с другими молекулами воды, образуя структуры гексагональной решетки. Они образуют эти структуры, чтобы разделять отрицательно заряженные молекулы кислорода. В середине шестиугольников много пустого места.

На структуру молекул воды, как они образуют лед, обратите внимание на все пустое пространство. Изображение предоставлено: NIMSoffice.

Лед на самом деле примерно на 9% менее плотный, чем жидкая вода. Следовательно, лед занимает больше места, чем вода.Практически в этом есть смысл, потому что лед расширяется. Вот почему не следует замораживать стеклянную бутылку с водой и почему замерзшая вода может создавать большие трещины в бетоне. Если у вас есть литровая бутылка льда и литровая бутылка воды, тогда бутылка с ледяной водой будет легче. В этот момент молекулы находятся дальше друг от друга, чем когда вода теплее.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *