Почему не тонет лед

Познавательные эксперименты – ребенку

Вода — первый и любимый всеми детьми объект для исследования. С водой дети соприкасаются с первых дней жизни. И как только начинают хоть что-то понимать, принимаются за игры с водой.

Наливаем-выливаем-измеряем.

Воду можно наливать в различные емкости. Естественно, только пластмассовые (можно использовать баночки и бутылочки разного размера, фактуры и объема).

Сравнивайте количество воды в сосудах похожей формы, но разного размера. И наоборот, близких размеру, но разной формы. Обратите внимание ребенка на то, что вода может принимать какую угодно форму и количество воды не зависит от формы емкости.

Попробуйте сосчитать, сколько маленьких стаканчиков «поместится» в большую бутылку (используйте воронку). А если потом вылить обратно в стаканчики? Будут ли они все заполнены? Или вода в бутылке останется?

Ребенка старшего возраста познакомьте с единицами измерения объема — литрами, милилитрами, декалитрами. Купите мерный стакан, научите ребенка отмерять нужное количество жидкости. Выясните, сколько милилитров содержит чайная, десертная, столовая ложки, чашка ребенка, суповая тарелка, кастрюля или чайник.

Если у вас есть весы, взвесьте один литр воды. Его масса будет равна ровно одному килограмму. А сколько будет весить литр сока? Литр масла?

Вода и воздух.

Спросите у ребенка, что будет, если опускать пустую незакрытую бутылку целиком под воду. Она заполнится или останется пустой? Бутылку можно погружать под воду, держа различными способами: горизонтально, под наклоном или вертикально (вверх горлышком или вниз). Обратите внимание на то, что в бутылке есть воздух и по мере заполнения бутылки водой он постепенно выходит.

А если пустую бутылку закрыть и опускать в воду? Возьмите пустую пластмассовую бутылку, завинтите крышку и бросьте в воду. Она будет плавать горизонтально поверхности воды. Пусть ребенок попробует опустить ее ко дну и удержать там. Воздух легче воды и поднимается вверх. Потом откройте крышку, наполните бутылку водой до половины, закройте и пустите в воду. Она будет плавать под наклоном. Та часть ,которая заполнена, будет под водой. Потом наполните бутылку до верха, закройте крышкой, она утонет полностью.

Давление.

В стенках любой пластмассовой бутылки можно сделать дырки. Это может быть одна дырка:наверху, внизу, посередине. Можно сделать дырки разного размера только на одной или на нескольких бутылках.

А теперь поэкспериментируйте с этими бутылками: наливайте в них воду из-под крана, погружайте их под воду, а потом доставайте и смотрите, как вода выливается через дырки и в какой момент она перестает выливаться. Обратите внимание ребенка: чем выше уровень воды в бутылке, тем сильнее напор воды, выливающейся из отверстия, тем длиннее и прямее струя. Чем больше глубина воды, тем больше давление. Давлением называется сила, давящая на определенную плоскость.

Тонет-не тонет

Попробуйте выяснить, какие предметы тонут в воде, а какие — нет. Кидайте в таз с водой предметы из разных материалов: дерева, металла, пластика, резины, ткани, бумаги и др. Кидайте поролоновые губки, пробки ,камушки, шишки, палочки и многое другое.

Понаблюдайте, что тонет сразу, а что по мере намокания, что не тонет вообще. Кусок пробки плавает в воде, а кусок железа такой же величины тонет. Пробка плавает, потому что при одинаковых размерах она гораздо легче. То, насколько плотным и тяжелым является материал или тело, принято называть плотностью. Если плотность какого-то материала меньше плотности воды, он будет плавать.

Выберите несколько предметов разного размера и формы ,которые тонут в воде. Налейте воды в прозрачную бутыль. Отметьте уровень воды маркером. Опустите один из предметов в воду, обратите внимание на то, что вода поднялась, отметьте получившийся уровень воды. Затем проделайте тоже самое с другими предметами. Сделайте вывод: чем больше объем погружаемого предмета, тем выше поднимается вода. Объемом называется часть пространства, занятая каким-либо предметом.

Возьмите весы «безмен». Повесьте на веревку тяжелый предмет, например гантелю. Веревку привяжите к крючку весов. Постепенно погружайте предмет, висящий на веревке, в наполненную ванну, наблюдайте, как изменяются показания весов. Вес предмета в воде уменьшится. Сила тяготения Земли действует на все предметы и направлена к ее центру. Благодаря этому у них есть вес. На предмет, погруженный в жидкость, действует также выталкивающая сила, которая уменьшает силу тяжести, притягивающую предмет к Земле.

Растворы.

Попробуйте подкрасить воду акварельными красками, делая растворы разной концентрации в прозрачных пластиковых бутылках. Сравнивайте результат: чем больше краски растворено в воде, тем темнее получится раствор. Однородная смесь двух и более веществ называется раствор.

Можно попытаться выяснить, что еще растворится в воде, кроме красок? Пусть малыш наливает в воду разные жидкости ложкой (сок, молоко, сироп, варенье). А если влить в воду несколько ложек подсолнечного масла и хорошенько размешать? Сначала покажется, что жидкости перемешались. Но если поставить сосуд на стол и немного подождать, будет видно, как содержимое банки расслаивается и во всех слоях присутствуют шарики масла. На дне будет вода (она более тяжелая) с шариками масла. В среднем слое будет поровну масла и воды, а часть масла поднимется наверх. Если поставить банку на несколько часов, вся вода опустится вниз, а масло будет наверху. Смесь несмешиваемых жидкостей называется эмульсией.

А если сыпать в воду разные порошки? Сахар ,соль, муку, крахмал? А если бросать в воду твердые предметы? Кусочек мыла или сахара? Растворяется ли то, что мы кидаем в воду? Детям старшего возраста можно сказать, что процесс растворения молекул вещества в жидкости называется диффузия.

Агрегатные состояния

Познакомьте ребенка с понятием «температура». Возьмите несколько пластиковых бутылок от лимонада, разрежьте поперек на две половинки (получатся большие тонкостенные стаканы). Налейте в один из них холодную воду, в другие — слегка потеплее, теплую, погорячее, горячую. Дайте ребенку потрогать воду, назовите его ощущения словами, научите сравнивать — расставлять от самой холодной к самой горячей.

С детьми среднего и старшего возраста можно проводить эксперименты с термометром для воды. Опускайте его в воду разной температуры, сравнивая показатели. В теплую воду кидайте лед, а в холодную — подливайте горячую воду. Наблюдайте за показаниями термометра. Сделайте вывод: при нагревании температура увеличивается, столбик термометра поднимается, и наоборот.

Можно вместе с ребенком замораживать лед в сосудах разной формы. Это могут быть традиционные подставки для льда, в которых получаются одинаковые кубики, стаканчики, формочки для теста, кружки, любые емкости разного размера.

Попробуйте замораживать не только воду, но и другие жидкости, например, сок. Проследите, замерзнут ли они одинаково быстро? Будут ли они одинаково твердыми? Сок состоит не только из воды. Замерзший сок — это смесь замерзшей воды и незамерзших веществ, поэтому он не такой твердый, как кубик из воды, и его легко раскусить.

Объясните ребенку, что вещества могут принимать различное состояние — быть твердыми, жидкими, газообразными. Проще всего показать это с помощью все той же воды, но сказать ребенку, что другие вещества ведут себя точно так же, все зависит только от температуры, до которой нагревают или охлаждают то или иное вещество. Вода например закипает при температуре +100 градусов ,а масло — при +200 градусов.

Подышите на стекло в троллейбусе зимой. Откуда взялся лед? В воздухе, который вы выдыхаете, есть водяной пар. Оказавшись на стекле, он мгновенно превратился в воду и так же мгновенно замерз, так как стекло очень холодное.

Снимите крышку с закипевшего чайника. Откуда на ней капельки воды? Как она поднялась вверх? Вверх поднялся пар и конденсировался, так как крышка холоднее самого чайника. Пар превращается в воду, если его охладить ниже 100 градусов. Это явление называется конденсацией.

Придумывайте и другие опыты и игры с водой, используйте сосуды разной формы, соломинки, воронки ,мельницы для воды. Соорудите на даче макет водонапорной башни.

И напоследок — интересный фокус с водой!

Фокус «сломанный карандаш»

Этот опыт основан на свойствах воды и света.

Вам понадобится стакан, водопроводная вода, карандаш

Подготовка: Наполните стакан примерно на 1/2 водой. Разместите стакан с водой и карандаш на столе.
Держите карандаш перед собой. Объявите зрителям: «Сейчас я сломаю карандаш, просто опустив его в стакан с водой».
Опускаем карандаш вертикально в воду, чтобы его кончик оказался примерно посередине между дном стакана и поверхностью воды.

Держим карандаш в задней части стакана, дальше от зрителей.
Поводим карандашом туда-сюда в воде, держа его вертикально. А теперь спросим у зрителей, что они видят.

Зрителям покажется, что карандаш сломался. С их точки зрения, та часть карандаша, что находится под водой, слегка смещена относительно той части, что находится под водой.

Такой эффект возникает благодаря рефракции. Свет распространяется по прямой, но, когда луч света переходит из одного прозрачного вещества в другое, его направление меняется. Это и есть рефракция.
Когда свет переходит из более плотного вещества, например, воды, в менее плотное, например, воздух, происходит рефракция, или видимое изменение угла падения луча.

Успехов в творческом познании!

Ольга Николаева

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.

Лёд — это …

Лёд – это хорошо известное, для большинства из нас, твердое состояние воды, которое мы можем встретить в естественных природных условиях. В быту мы часто пользуемся его уникальными свойствами.

Он образуется при понижении температуры воды ниже 0 градусов по Цельсию. Эта температура называется температурой Кристаллизации воды. лёд, как и снег, состоит из кристаллов льда, с формами которых вы можете ознакомиться в нашей статье «Снег кружится».

Приведем несколько точных определений.

Большой Энциклопедический словарь

Лед — вода в твердом состоянии. Известны 11 кристаллических модификаций льда и аморфный лед. В природе обнаружена только одна форма льда — с плотностью 0,92 г/см³, теплоемкостью 2,09 кДж/(кг.К) при 0°C, теплотой плавления 324 кДж/кг, которая встречается в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), снега и инея. На Земле ок. 30 млн. км³ льда. Используется для хранения, охлаждения пищевых. продуктов, получения пресной воды, в медицине.

Большой Энциклопедический словарь. 2000

Морской словарь

Лед (Ice) — вода в твердом состоянии. Обыкновенный лед легче воды, удельный вес при 0° — 0,9175. Сто объемов Льда образуются из 92 объемов воды, этим объясняется разрушительное действие воды при замерзании в закрытых сосудах, трубопроводах, отсеках и т. п.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

Словарь по географии

Лед — Твердая форма воды, образуемая в природе путем замерзания воды на реках, озерах и морях, конденсации атмосферного водяного пара в ледяные кристаллы, уплотнения снега и т.п.

Словарь по географии. 2015

В результате процесса образования льда – кристаллизации воды, выделяется некоторое количество газов и солей. Это свойство используется для очистки питьевой воды, подробно про это мы писали в материале «Талая вода, приготовление в домашних условиях».

Лёд имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, поэтому он и не тонет. Это свойство аномальное, как правило, большинство веществ, в твердом состоянии имеет большую плотность. Меньшая плотность льда говорит о том, что вода при замерзании увеличивается в объеме. Этот факт необходимо учитывать в быту. Например, если замерзнет водопровод, то образовавшийся в процессе этого лёд может «порвать» трубы, что, в принципе, всем хорошо известно.

Перечислим наиболее значимые свойства льда (некоторые их них мы уже описали выше).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *