"Окружающий мир (в 2 частях)", Дмитриева Н.Я., Казаков А.Н.
Лёд — твёрдое состояние воды, и его необычное свойство состоит в том, что он плавает в жидкой воде. При замерзании вода расширяется: масса сохраняется, а объём увеличивается, поэтому плотность льда становится меньше плотности воды. Это объясняет, почему кусок льда не тонет и почему большая его часть находится под поверхностью. Понимание плотности помогает объяснить плавучесть тел и то, как они ведут себя в жидкостях.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Плотность — масса вещества в единице объёма. Чтобы сравнить плотность двух веществ, можно взять одинаковые объёмы и сравнить их массы: более тяжёлый образец будет плотнее. Это понятие помогает понять, почему тела одинакового размера могут по-разному вести себя в воде.
Плотность воды — плотность воды в жидком состоянии. Она зависит от температуры, поэтому при сравнении веществ нужно учитывать, о какой воде и какой температуре идёт речь. Это позволяет точнее объяснять поведение тел, погружённых в воду.
Плотность льда — плотность воды в твёрдом состоянии. Она меньше плотности жидкой воды, поэтому равные объёмы льда и воды имеют разную массу: у льда она меньше. Сравнение этих плотностей объясняет, почему лёд держится на поверхности.
Плавучесть — способность тела удерживаться на поверхности жидкости или погружаться в неё в зависимости от соотношения плотностей. Если тело менее плотное, чем жидкость, оно может плавать; если плотнее — тонет. Это понятие помогает предсказывать поведение не только льда, но и других тел.
Вода состоит из частиц, которые движутся и взаимодействуют друг с другом. При замерзании их движение замедляется, и частицы располагаются в упорядоченной структуре. В такой структуре между частицами остаются промежутки, поэтому она занимает больше места, чем такое же количество жидкой воды.
Когда вода превращается в лёд, её масса сама по себе не исчезает: одни и те же частицы остаются в веществе. Но из-за промежутков объём увеличивается, то есть та же масса занимает больше места. Плотность показывает, сколько массы приходится на определённый объём, поэтому при увеличении объёма плотность становится меньше.
Чтобы понять, утонет ли тело, нужно учитывать две силы. Сила тяжести тянет его вниз, а выталкивающая сила воды действует вверх. Если выталкивающая сила не может уравновесить вес тела, оно погружается; если силы уравновешиваются, тело может оставаться на поверхности.
Лёд менее плотный, чем вода, поэтому для равновесия ему достаточно вытеснить лишь часть воды. По мере погружения выталкивающая сила возрастает, пока не сравняется с весом льда. Тогда кусок перестаёт погружаться, а его часть остаётся над поверхностью.
Под водой оказывается большая часть объёма льда, а над водой — меньшая. Это связано с тем, что плотность льда лишь немного меньше плотности воды: для равновесия нужно погрузить значительную часть ледяного куска. Если бы лёд был намного менее плотным, над поверхностью выступала бы большая его доля.
| Состояние воды | Расположение частиц | Плотность относительно жидкой воды | Поведение в воде |
|---|---|---|---|
| Жидкая вода | Частицы движутся и расположены менее упорядоченно | Больше, чем у льда | Служит жидкостью, в которой плавает лёд |
| Лёд | Частицы образуют упорядоченную структуру с промежутками | Меньше | Плавает на поверхности |
| Лёд в воде | Частицы льда сохраняют твёрдую структуру | Лёд менее плотный, чем окружающая вода | Большая часть погружена, меньшая выступает над водой |
Сначала сравните строки «Жидкая вода» и «Лёд»: так видно, как меняются расположение частиц и плотность. Затем используйте строку «Лёд в воде», чтобы связать это различие с плавучестью. Таблица показывает, что лёд плавает не из-за своей формы, а из-за меньшей плотности.
Ответ: кубик будет плавать, потому что лёд менее плотный, чем вода.
Ответ: кубик не погружается целиком, потому что выталкивающая сила уравновешивает его вес при частичном погружении.
Ответ: вода при замерзании расширяется, поэтому лёд может давить на стенки закрытой ёмкости.
Ошибка — считать, что лёд легче воды только потому, что плавает. Плавание объясняется меньшей плотностью, а не тем, что любой отдельный кусок льда обязательно имеет меньшую массу, чем любой объём воды. Такую путаницу допускают, когда сравнивают куски разного размера; проверьте себя, сравнив равные объёмы.
Неверно утверждать, что при замерзании масса воды уменьшается. Меняются расположение частиц и объём, но масса сохраняется, если вещество не теряется. Ошибка возникает из-за того, что лёд занимает больше места; проверка проста: вспомните, что расширение не означает исчезновения частиц.
Плавучесть чистого льда не объясняется пузырьками воздуха. Даже без пузырьков лёд плавает, потому что его плотность меньше плотности воды. Воздух может повлиять на плотность конкретного куска, поэтому не следует принимать возможные пузырьки за основную причину; сравните плотности льда и воды.
Нельзя считать, что над водой находится большая часть льда. На самом деле большая часть ледяного объёма погружена, а меньшая выступает над поверхностью. Ошибку вызывает впечатление от видимой части; мысленно сравните объём, скрытый под водой, и объём над ней.
Чтобы объяснить поведение льда, нужно знать, что вещества состоят из частиц. При изменении температуры меняются движение и расположение частиц, а это может изменить объём вещества. На примере замерзания воды видно, как строение вещества связано с его свойствами.
Сравнение плотностей помогает разбираться в поведении тел в жидкостях: одни тела плавают, другие погружаются. Те же идеи пригодятся при изучении того, почему суда держатся на воде и от чего зависит их плавание. Важно сравнивать плотность всего тела с плотностью жидкости, а не делать вывод только по материалу или размеру.
Почему лёд не тонет в воде?
Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому вода выталкивает лёд вверх. Кубик удерживается на поверхности, когда выталкивающая сила уравновешивает его вес.
Что происходит с объёмом воды при замерзании?
При замерзании вода расширяется, и её объём увеличивается. Масса при этом сохраняется, поэтому плотность становится меньше.
Меняется ли масса воды, когда она превращается в лёд?
Нет, если вода не теряется и не добавляется, её масса сохраняется. Изменяются расположение частиц и объём вещества.
Почему часть льда выступает над поверхностью?
Лёд менее плотный, чем вода, поэтому для равновесия ему не нужно вытеснять воду объёмом, равным всему объёму льда. Под водой остаётся большая часть, а меньшая выступает над поверхностью.
Может ли лёд плавать в другой жидкости?
Это зависит от плотности жидкости. Если жидкость плотнее льда, он будет плавать; если она менее плотная, лёд может погрузиться.
Почему лёд плавает
