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.

Обывателю, как правило, совершенно непонятно, что делают эти
люди там, «у Земли на макушке», в условиях экстремальных морозов, полярной ночи,
на льдине, которая может в любой момент расколоться, и без привычного комфорта
современной цивилизации. Когда я обратился с просьбой рассказать о научных
исследованиях на льдине к заместителю начальника СП-36 по науке Владимиру
Чуруну, он задумчиво сказал в ответ: «Вы знаете, я бы тоже не отказался узнать
об этом!»

Существует множество способов изучения Арктики. Автоматические научные комплексы — метеорологические и океанографические станции, масс-балансовые буи, которые вмораживаются в лед и позволяют определять нарастание или изменение массы ледяного покрова (кстати, такой буй работает на СП-37), — значительно облегчают сбор данных, но имеют свои ограничения. Конечно, заманчиво было бы сидеть в офисе, пока данные поступают через спутниковую связь от системы, к примеру, автоматических гидрологических станций — якорных или дрейфующих буев. Но за год обычно теряется более 50% таких (весьма недешевых) буев — в этом регионе условия работы достаточно тяжелы даже для специально рассчитанной на это техники в связи с динамикой ледяных полей (торошением, сжатием).

Еще один способ получения научных данных — дистанционное зондирование Земли. Научные спутники (к сожалению, не российские) позволяют получать информацию о ледовой обстановке в видимом, ИК-, радиолокационном и микроволновом диапазонах. Эти данные в основном используются в прикладных целях: для проводки судов, для поиска подходящих для дрейфующих станций льдин; на самих дрейфующих станциях они помогают в работе - например, на СП-36 их использовали для обнаружения площадки, пригодной для построения взлетно-посадочной полосы. Однако спутниковую информацию необходимо проверять, сопоставляя ее с реальными наблюдениями — непосредственно измеренной толщиной льда, его возрастом (прямо измерить эти данные со спутника пока невозможно).

Научные станции (уже обитаемые) можно также размещать методом вмораживания судов в лед (этот способ был опробован еще Фритьофом Нансеном). Время от времени такие проекты осуществляются, в качестве примера можно привести французскую яхту «Тара» или американско-канадский проект SHEBA с участием судна, дрейфовавшего в море Бофорта. Подобный проект рассматривался и в отношении атомного ледокола «Арктика», но в конце концов от него по различным причинам отказались. Однако вмороженные суда обеспечивают лишь хорошую базу для жизнедеятельности научного персонала и энергоснабжение научного комплекса. Для сбора научных данных людям все равно придется сходить на лед, чтобы исключить постороннее влияние. К тому же вмораживание судов обходится недешево (и отвлекает суда от их основной работы).


«На мой взгляд, дрейфующий лед— это естественная несущая платформа, наиболее оптимальная как для размещения научного комплекса, так и для проживания людей, - говорит Владимир Чурун. — Она позволяет дрейфовать в течение длительного времени и получать чистые научные данные без какого-либо влияния извне. Конечно, люди на льдине лишены некоторого комфорта, но с этим во имя науки приходится мириться. Разумеется, получение научных данных должно осуществляться в комплексе, с использованием всех доступных средств — и дрейфующих станций, и воздушных экспедиций, и спутникового наблюдения, и автоматических буев, и научно-экспедиционных судов».

«Научная программа СП-36 была достаточно обширна и успешна, — объясняет «Популярной механике» Владимир Чурун. — Она включала в себя метеорологические, аэрологические и гидрологические наблюдения, а также исследования свойств льда и снежного покрова. А вот исследования, связанные с ионосферой и магнитным полем Земли, которым в советское время на дрейфующих станциях уделялось немалое внимание, ныне переданы на стационарные полярные станции на материке и на островах».

Воздух

Начало работы станции знаменуется вовсе не торжественным моментом подъема российского флага над кают-компанией. Официально дрейфующая станция начинает свою работу с момента передачи первой метеосводки в ААНИИ, а оттуда — в глобальную метеорологическую сеть. Поскольку, как известно, «Арктика — кухня погоды», эти данные обеспечивают метеорологов чрезвычайно ценной информацией. Изучение барических (давление, скорость и направление ветра на различных высотах) и температурных профилей атмосферы с помощью зондов до высоты 30 км используется не только для предсказания погоды — эти данные в дальнейшем могут использоваться как для фундаментальных научных целей, таких как уточнение моделей физики атмосферы, так и для прикладных— например, обеспечения полетов самолетов. За все эти данные ответственны метеорологи и аэрологи.

Работа метеоролога может показаться простой — это снятие метеоданных и их отсылка в Росгидромет. Для этого на 10-метровой метеомачте расположен набор датчиков, измеряющих скорость и направление ветра, температуру и влажность, видимость и давление. Вся информация, в том числе от выносных датчиков (температуры снега и льда, интенсивности солнечной радиации), стекается на метеостанцию. Хотя данные снимаются со станции дистанционно, проводить измерения без выхода на метеоплощадку получается далеко не всегда. «Чашки анемометров и радиационная защита метеобудки, где расположены датчики температуры и влажности воздуха, обмерзают, их приходится очищать от изморози (для доступа к верхней части мачты последняя сделана ‘ломающейся’), - поясняет инженер-метеоролог СП-36 Илья Бобков.- А в период таяния растяжки постоянно приходится крепить, чтобы мачта была устойчивой. Кроме того, станция не рассчитана на работу в условиях столь суровых морозов, ниже - 40°C, поэтому мы вмонтировали туда подогрев - обычную 40-ваттную лампу накаливания. Конечно, есть станции, рассчитанные на столь низкие температуры, но они менее точные».

Выше 10 м — область работы аэрологов. «Мы изучаем верхние слои атмосферы с помощью аэрологических зондов, - объясняет ведущий инженер-аэролог СП-36 Сергей Овчинников. - Зонд — это коробочка массой 140 г, ее прикрепляют к аэростату — шару объемом около 1,5 м 3 , наполненному водородом, который получают химическим способом в газогенераторе высокого давления — из порошка ферросилициума, едкого натра и воды. В зонд встроены GPS-приемник, телеметрический передатчик, а также датчики температуры, давления и влажности. Каждые две секунды зонд передает информацию вместе со своими координатами на наземную приемную станцию». Координаты зонда позволяют рассчитать его перемещение, скорость и направление ветра на различных высотах (высота определяется барометрическим способом). Электроника зонда питается от водозаливной батареи, которую предварительно выдерживают в воде несколько минут (подобными источниками питания оснащаются спасательные жилеты с аварийными маяками).

«Зонды запускаются каждый день в 0 и в 12 часов по Гринвичу, если позволяют погодные условия, при сильном ветре зонд просто «прибивает» к земле. За неполный год состоялось 640 выпусков, - говорит Сергей Овчинников.- Средняя высота подъема составила 28770 м, максимальная — 32400 м. Скорость подъема зонда — около 300 м в минуту, так что предельной высоты он достигает приблизительно за час-полтора, шар по мере подъема раздувается, а потом лопается, и зонд падает на землю. Правда, найти его практически невозможно, так что прибор одноразовый, хоть и дорогой».

Вода

«Основной упор в нашей работе делается на измерение параметров течений, а также температуры, электропроводности, плотности воды, - говорит океанолог СП-36 Сергей Кузьмин.- За последние годы парк приборов значительно обновился, и теперь мы можем получать результаты с высокой точностью, соответствующей мировому уровню. Сейчас мы используем приборы-профилографы, которые позволяют измерять скорость течения с помощью поперечного эффекта Доплера в нескольких слоях.

В основном исследовали атлантические течения, верхняя граница которых находится на глубине 180-220 м, а ядро — 270-400 м». Кроме изучения течений было предусмотрено ежедневное изучение толщи воды с помощью зонда, измерявшего электропроводность и температуру, каждые шесть дней проводились исследования на глубине до 1000 м, чтобы «захватить» атлантические воды, а раз в неделю зонд опускался на всю максимальную длину троса — 3400 м, чтобы изучить глубоководные слои. «В некоторых районах,- объясняет Сергей Кузьмин, - в глубоких слоях можно наблюдать геотермальный эффект».

В задачу океанологов на СП-36 входил также и сбор проб для последующего анализа гидрохимиками. «Три раза за время зимовки — весной, летом и осенью — мы отбирали керн льда, который затем растапливали при комнатной температуре, полученную воду пропускали через фильтр, затем снова замораживали, - говорит Сергей. - И фильтр, и лед специальным образом упаковывали для последующего анализа. Точно так же отбирали пробы снега и подледную воду. Брали и пробы воздуха — с помощью аспиратора, который прокачивал воздух через несколько фильтров, задерживавших мельчайшие частицы. Ранее таким образом удалось, например, обнаружить пыльцу некоторых видов растений, которая долетает в приполюсные районы из Канады и российской тайги».

Для чего изучают течения? «Путем сравнения с данными, накопленными за предыдущие годы, можно выяснить климатические тенденции, - отвечает Сергей. - Такой анализ позволит понять, например, поведение льдов в Северном Ледовитом океане, что чрезвычайно важно не только в фундаментальном отношении, но и в чисто прикладном — например, при освоении природных ресурсов Арктики».

Снег

Программа специальных метеорологических исследований включала несколько разделов. Исследовалась структура снежно-ледяного покрова, его теплофизические и радиационные свойства — то есть то, как он отражает и поглощает солнечную радиацию. «Дело в том, что у снега высокая отражающая способность, и по этой характеристике, например на спутниковых снимках, он очень напоминает облачный слой, - поясняет метеоролог Сергей Шутилин. - Особенно зимой, когда температура и там и там составляет несколько десятков градусов ниже нуля. Я изучал теплофизические свойства снега в зависимости от температуры, ветра, облачности и солнечной радиации». Измерялось также и проникновение солнечной радиации (разумеется, во время полярного дня) сквозь снег и лед на различные глубины (в том числе и в воду). Изучались также морфология снега и его теплофизические свойства — температура на различных глубинах, плотность, пористость, фракционный состав кристаллов в различных слоях. Эти данные совместно с радиационными характеристиками помогут уточнить описание снежно-ледяного покрова в моделях различного уровня — как в глобальных климатических, так и в региональных.

Во время полярного дня проводили измерения доходящего до поверхности Земли ультрафиолета, а в полярную ночь с помощью газоанализаторов изучали концентрации углекислого газа, приземного озона и метана, выбросы которого в Арктике связаны, по-видимому, с геологическими процессами. С помощью специального газоанализатора удалось также получить, по словам Сергея Шутилина, уникальные данные о потоках углекислого газа и водяного пара через поверхность снега и льда: «Ранее существовала модель, согласно которой талые воды с побережья попадали в океан, океан покрывался льдом, и под ним шли анаэробные процессы. А после того, как поверхность освобождалась от льда, в атмосферу шел поток углекислого газа. Мы обнаружили, что поток идет в обратную сторону: когда льда нет, то в океан, а когда есть — в атмосферу! Впрочем, это может зависеть и от района — например, измерения на СП-35, которая дрейфовала ближе к югу и к шельфовым морям в восточном полушарии, согласуются с приведенной гипотезой. Так что нужны дополнительные исследования».

Ко льду сейчас привлечено самое пристальное внимание, ведь он - наглядный индикатор происходящих в Арктике процессов. Поэтому его изучение чрезвычайно важно. В первую очередь это оценка массового баланса льда. Летом он тает, зимой нарастает, поэтому регулярные измерения его толщины по мерным рейкам на выделенном полигоне дают возможность оценивать скорость таяния или нарастания льдины, и эти данные затем можно использовать для уточнения различных моделей образования многолетнего льда. «На СП-36 полигон занимал площадку 80х100 м, и с октября по май на нем наросло 8400 т льда, - говорит Владимир Чурун. - Можете себе представить, сколько льда наросло на всю льдину размером 5х6 км!»

«Мы также взяли несколько кернов молодого и старого льда, которые будут исследовать в ААНИИ, — химический состав, механические свойства, морфология, - рассказывает ледоисследователь СП-36 Никита Кузнецов. - Эта информация может быть использована при уточнении различных климатических моделей, а также, например, в инженерных целях, в том числе и для строительства ледоколов».

Кроме того, на СП-36 проводились исследования процессов прохождения различных волн в морском льду: волн, образующихся при соударениях льдин, а также переходящих из морской среды в лед. Эти данные регистрируются с помощью высокочувствительных сейсмометров и используются в дальнейшем для прикладных моделей взаимодействия льда с твердыми телами. По словам ведущего инженера-ледоисследователя СП-36 Леонида Панова, это дает возможность оценить нагрузки на различные инженерные сооружения — суда, буровые платформы и т. д. — сточки зрения ледовой стойкости: «Зная особенности взаимодействия льда с волнами, можно рассчитать прочностные свойства льда, а значит, предсказать, где именно он сломается. Такие методы позволят дистанционно обнаруживать прохождение трещин и торошение в опасных областях — например, поблизости от нефте- и газопроводов».

Не курорт

Когда я спросил Владимира, как ощущаются глобальные изменения климата (а именно — глобальное потепление) во время работы на дрейфующей станции, он в ответ лишь улыбнулся: «Разумеется, площадь льдов и их толщина в Арктике сократились — это вполне зарегистрированный научный факт. Но на дрейфующей станции, в локальном пространстве льдины глобальное потепление совершенно не ощущается. В частности, во время этой зимовки мы зафиксировали минимум температуры за последние десять лет (- 47,3°С). Ветер был не очень сильный — максимальные порывы составляли 19,4 м/с. Но в целом зима с февраля по апрель была очень холодной. Так что, несмотря на глобальное потепление, Арктика не стала ни теплее, ни уютнее, ни комфортнее. Здесь все так же холодно, все так же дуют холодные ветры, все такие же льды вокруг. И надеяться на то, что Чукотка вскоре станет курортом, пока не приходится».

Дмитрий Мамонтов.

— наименьший по площади океан Земли, расположен между Евразией и Северной Америкой. Площадь 14,75 млн. кв. км, средняя глубина 1225 м, наибольшая глубина 5527 м в Гренландском море. Объём воды 18,07 млн. км³.

Этот океан отличается суровостью климата, обилием льдов и относительно малыми глубинами. Жизнь в нем полностью зависит от обмена водой и теплом с соседними океанами.

Северный Ледовитый океан - наименьший из океанов Земли. Он самый мелководный. Океан расположен в центре Арктики, которая занимает все пространство вокруг Северного полюса, включающее океан, прилегающие части материков, острова и архипелаги.

Значительную часть площади океана составляют моря, большинство которых окраинные и только одно внутреннее. В океане много островов, расположенных вблизи материков.

История исследования океана. Исследование Ледовитого океана - это история героических подвигов многих поколений мореплавателей, путешественников и ученых ряда стран. В далекие времена на утлых деревянных кочах и ладьях пускались русские люди - поморы в путешествия. Зимовали на Груманте (Шпицбергене), плавали к устью Оби. Они вели промысел рыбы, охотились на морского зверя и хорошо знали условия плавания в полярных водах.

Используя сведения о плаваниях русских, англичане и голландцы предприняли попытки отыскать кратчайшие пути из Европы в страны Востока (Китай и Индию). В итоге плавания Виллема Баренца в конце XVI в. была составлена карта западной части океана.

Начало планомерному изучению берегов океана положила Великая Северная экспедиция (1733-1743). Ее участники совершили научный подвиг - прошли и положили на карту берега от устья Печоры до Берингова пролива.

Первые сведения о природе приполярных областей океана были собраны в конце XIX в. во время дрейфа «Фрама» Ф. Нансена и плавания к полюсу в начале ХХ в. Г. Седова на шхуне «Св. Фока».

Возможность прохода через океан за одну навигацию была доказана в 1932 г. экспедицией ледокола «Сибиряков». Участники этой экспедиции под руководством О. Ю. Шмидта проводили промеры глубин, измеряли толщину льда, вели наблюдения за погодой.

В нашей стране были разработаны новые методы исследования этого океана. В 1937 г. на дрейфующей льдине была организована первая полярная станция «Северный полюс» (СП-1). Четыре полярника во главе с И. Д. Папаниным провели героический дрейф на льдине от Северного полюса до Гренландского моря.

Для исследования океана сейчас при меняют самолеты, которые садятся на льдины и проводят одноразовые наблюдения. Снимки из космоса дают информацию об изменениях в состоянии атмосферы над океаном, о перемещении льдов.

В результате всех этих исследований накоплен большой материал о природе Северного Ледовитого океана: о климате, органическом мире; уточнено строение рельефа дна, изучены придонные течения.

Многие тайны природы Ледовитого океана уже известны, но многое еще предстоит открыть будущим поколениям, в том числе, может быть, и кому-то из вас.

Рельеф дна имеет сложное строение. Центральная часть океана пересечена горными хребтами и глубокими разломами. Между хребтами лежат глубоководные впадины и котловины. Характерная особенность океана - большой шельф, который составляет более трети площади дна океана.

Климатические особенности определяются полярным положением океана. Над ним преобладают арктические воздушные массы. Летом часты туманы. Воздушные массы Арктики значительно теплее воздушных масс, формирующихся над Антарктикой. Причина этого - запас тепла в водах Ледовитого океана, который постоянно пополняется теплом вод Атлантики и в меньшей мере Тихого океана. Таким образом, как ни странно, Северный Ледовитый океан не охлаждает, а существенно согревает обширные пространства суши Северного полушария, особенно в зимние месяцы.

Под действием западных и юго-западных ветров из Северной Атлантики в Ледовитый океан входит мощный поток теплых вод Северо-Атлантического течения. Вдоль берегов Евразии воды движутся с запада на восток. Через весь океан от Берингова пролива до Гренландии происходит движение вод в обратном направлении - с востока на запад.

Самая характерная особенность природы этого океана наличие льдов. Их образование связано с низкой температурой и относительно низкой соленостью поверхностных водных масс, которые опреснены большим количеством речных вод, стекающих с материков.

Вынос льда в другие океаны затруднен. Поэтому здесь преобладает многолетний лед толщиной 2-4 м и больше. Ветры и течения вызывают движение и сжатие льдов, образование торосов.

Основную массу организмов в океане образуют водоросли, способные жить в холодной воде и даже на льдах. Органический мир богат только в приатлантическом районе и па шельфе близ устьев рек. Здесь образуется планктон, на дне растут водоросли, обитают рыбы (треска, навага, палтус). В океане живут киты, тюлени, моржи. Обитают в Арктике белые медведи, морские птицы, ведущие колониальный образ жизни и обитающие на берегах. Все население гигантских «птичьих базаров» питается в океане.

В Ледовитом океане выделяют два природных пояса. Граница полярного (арктического) пояса на юге примерно совпадает с краем континентального шельфа. Эта наиболее глубоководная и суровая часть океана покрыта дрейфующими льдами. Летом льдины покрываются слоем талой воды. Этот пояс малопригоден для жизни организмов.

Часть океана, прилегающая к суше, относится к субполярному (субарктическому) поясу. В основном это моря Ледовитого океана. Природа здесь не так сурова. Летом у берегов вода свободна ото льда, сильно опреснена реками. Проникающие сюда теплые воды из Атлантики создают условия для развития планктона, которым питаются рыбы.

Виды хозяйственной деятельности в океане. Северный Ледовитый океан имеет исключительно важное значение для стран, берега которых омывают его воды. Суровая природа океана затрудняет в нем поиски полезных ископаемых. Но уже разведаны месторождения нефти и природного газа на шельфе Карского и Баренцева морей, у берегов Аляски и Канады.

Биологические богатства океана невелики. В приатлантическом районе ловят рыбу и добывают водоросли, охотятся на тюленей. Добыча китов в океане строго лимитирована.

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.