Вода имеет свойство сжиматься

Почему вода бывает легче самой воды?!

Одно из самых распространенных веществ на Земле: вода. Она, как и воздух, необходима нам, но мы ее порой совсем не замечаем. Она просто есть. Но, оказывается

Одно из самых распространенных веществ на Земле: вода. Она, как и воздух, необходима нам, но мы ее порой совсем не замечаем. Она просто есть. Но, оказывается, обыкновенная вода может менять свой объем и весить то больше, то меньше. При испарении воды, ее нагревании и охлаждении происходят поистине удивительные вещи, о которых мы и узнаем сегодня.
Мюриэль Мэнделл в своей занимательной книге «Phycisc Experiments for Children» излагает интереснейшие мысли о свойствах воды, на основе которых не только юные физики могут узнать немало нового, но и взрослые освежат свои знания, которые давненько не приходилось применять, поэтому они оказались слегка забытыми. Сегодня речь пойдет об объеме и весе воды. Оказывается, один и тот же объем воды не всегда весит одинаково. И если налить воду в стакан и она не прольется через край — это еще не значит, что она поместится в нем при любых обстоятельствах.

1 . При нагревании вода увеличивается в объеме

Поставьте наполненную водой банку в кастрюлю, наполненную сантиметров на пять кипящей водой, и на слабом огне поддерживайте кипение. Вода из банки начнет переливаться через край. Это происходит потому, что при нагревании вода, подобно другим жидкостям, начинает занимать больше пространства. Молекулы отталкиваются друг от друга с большей интенсивностью и это ведет к увеличению объема воды.

2. При охлаждении вода сжимается

Дайте воде в банке остыть при комнатной температуре, или налейте новую воду, и поставьте ее в холодильник. Через некоторое время вы обнаружите, что полная прежде банка уже не полна. При охлаждении до температуры 3,89 градусов по Цельсию вода уменьшает свой объем по мере снижения температуры. Причиной тому стало снижение скорости движения молекул и их сближение друг с другом под воздействием охлаждения. Казалось бы, все очень просто: чем холоднее вода, тем меньший объем она занимает, но…

3. …объем воды вновь возрастает при замерзании

Наполните банку водой до краев и накройте куском картона. Поставьте ее в морозилку и дождитесь замерзания. Вы обнаружите, что картонную «крышку» вытолкнуло. На температурном интервале между 3,89 и 0 градусов по Цельсию, то есть на подходе к точке своего замерзания, вода вновь начинает расширяться. Она является одним из немногих известных веществ, обладающих подобным свойством. Если использовать плотную крышку, то лед просто разнесет банку. Приходилось ли вам слышать о том, что даже водопроводные трубы может разорвать льдом?

4. Лед легче воды

Поместите пару кубиков льда в стакан с водой. Лед будет плавать на поверхности. Вода при замерзании увеличивается в объеме. И, вследствие этого, лед легче воды: его объем составляет около 91% соответствующего объема воды.
Это свойство воды существует в природе не зря. У него есть вполне определенное предназначение. Говорят, что зимой реки замерзают. Но на самом деле это не совсем верно. Обычно замерзает лишь небольшой верхний слой. Это ледяной покров не тонет, поскольку он легче жидкой воды. Он замедляет замерзание воды на глубине реки и служит своеобразным одеялом, оберегая рыб и другую речную да озерную живность от лютых зимних морозов. Изучая физику, начинаешь понимать, что очень многое в природе устроено целесообразно.

5. Водопроводная вода содержит минералы

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Источник

# физика | Почему вода легче… воды?

Одно из самых распространенных веществ на Земле: вода. Она, как и воздух, необходима нам, но мы ее порой совсем не замечаем. Она просто есть. Но, оказывается, обыкновенная вода может менять свой объем и весить то больше, то меньше. При испарении воды, ее нагревании и охлаждении происходят поистине удивительные вещи, о которых мы и узнаем сегодня.

Сегодня речь пойдет об объеме и весе воды. Оказывается, один и тот же объем воды не всегда весит одинаково. И если налить воду в стакан и она не прольется через край — это еще не значит, что она поместится в нем при любых обстоятельствах.

1. При нагревании вода увеличивается в объеме

Поставьте наполненную водой банку в кастрюлю, наполненную сантиметров на пять кипящей водой, и на слабом огне поддерживайте кипение. Вода из банки начнет переливаться через край. Это происходит потому, что при нагревании вода, подобно другим жидкостям, начинает занимать больше пространства. Молекулы отталкиваются друг от друга с большей интенсивностью и это ведет к увеличению объема воды.

2. При охлаждении вода сжимается

Дайте воде в банке остыть при комнатной температуре, или налейте новую воду, и поставьте ее в холодильник. Через некоторое время вы обнаружите, что полная прежде банка уже не полна. При охлаждении до температуры 3,89 градусов по Цельсию вода уменьшает свой объем по мере снижения температуры. Причиной тому стало снижение скорости движения молекул и их сближение друг с другом под воздействием охлаждения.

Казалось бы, все очень просто: чем холоднее вода, тем меньший объем она занимает, но…

3. …объем воды вновь возрастает при замерзании

Наполните банку водой до краев и накройте куском картона. Поставьте ее в морозилку и дождитесь замерзания. Вы обнаружите, что картонную «крышку» вытолкнуло. На температурном интервале между 3,89 и 0 градусов по Цельсию, то есть на подходе к точке своего замерзания, вода вновь начинает расширяться. Она является одним из немногих известных веществ, обладающих подобным свойством.

Если использовать плотную крышку, то лед просто разнесет банку. Приходилось ли вам слышать о том, что даже водопроводные трубы может разорвать льдом?

4. Лед легче воды

Поместите пару кубиков льда в стакан с водой. Лед будет плавать на поверхности. Вода при замерзании увеличивается в объеме. И, вследствие этого, лед легче воды: его объем составляет около 91% соответствующего объема воды.

Это свойство воды существует в природе не зря. У него есть вполне определенное предназначение. Говорят, что зимой реки замерзают. Но на самом деле это не совсем верно. Обычно замерзает лишь небольшой верхний слой. Это ледяной покров не тонет, поскольку он легче жидкой воды. Он замедляет замерзание воды на глубине реки и служит своеобразным одеялом, оберегая рыб и другую речную да озерную живность от лютых зимних морозов. Изучая физику, начинаешь понимать, что очень многое в природе устроено целесообразно.

5. Водопроводная вода содержит минералы

Влейте в небольшую стеклянную миску 5 столовых ложек обычной водопроводной воды. Когда вода испарится, на миске останется белая кайма. Эта кайма сформирована минералами, которые были растворены в воде, когда она проходила слои грунта.

Посмотрите внутрь своего чайника и вы увидите там минеральный налет. Такой же налет образуется и на отверстии для стока воды в ванне.

Попробуйте испарить дождевую воду, чтобы самостоятельно проверить, содержит ли она минералы.

Если совместить воду с другими жидкостями, то можно обнаружить, что с некоторыми вода не смешивается. Благодаря таким свойствам веществ можно сделать красивейшую сахарную радугу.

Источник

Почему при росте температуры от 0°C до 4°C вода сжимается

Практически все вещества при нагревании расширяются. Но не вода: в интервале от нуля до четырех градусов она сжимается. Выяснить, почему так происходит, ученые пытались еще в XIX веке, но удалось это сделать только в начале XXI века

Если вещество сжимается, а не расширяется при нагревании, это значит, что оно обладает отрицательным коэффициентом теплового расширения. Таким свойством в определенном температурном интервале обладают, например, висмут, галлий, кремний и сурьма. Но это твердые материалы, и объяснить сжатие можно изменением внутренней структуры, в ходе которой кристаллическая решетка при увеличении энергии атомов упаковывается более плотно.

Но как объяснить появление такого сжатия у воды? Первая теория, которая хоть как-то объясняла это явление, основывалась на том, что при такой температуре вода состоит из «нормальной» и «льдоподобной» фаз. Впервые такая модель была предложена в XIX веке, но позже ее усовершенствовали и нашли экспериментальные подтверждения.

Исследователи пришли к выводу, что при температуре, близкой к нулю, в воде существует два типа нанодоменов: области, похожие на аморфный лед высокой и низкой плотности. Когда эти структуры плавятся при температуре от 0°C до 4°C, они образуют воду разной плотности, из-за чего и происходит сжатие.

Но на самом деле все оказалось не так просто. В 2009 году ученые выяснили настоящую причину такого поведения воды. Объем воды определяется расстоянием между молекулами H₂O, которое регулируется длиной водородных связей. В жидком состоянии молекулы воды обычно объединяются в небольшие кластеры, обычно по пять штук.

Компьютерное моделирование показало, что с ростом температуры длина водородных связей действительно растет, увеличивая объем вещества. Но в диапазоне от 0°C до 4°C уменьшается размер кластеров — они состоят не из пяти, а из трех частиц. В результате размер отдельных элементов системы уменьшается, и они плотнее прилегают друг к другу.

Источник

1000 «детских» вопросов и ответов. (длиннопост) Ч. 8

95. Почему снег поглощает звуки?
Во время снегопада крики слышны на меньшее расстояние, чем в ясную погоду, свежий снежный покров тоже поглощает звук. Дело в том, что мелкие поры снежных хлопьев и рыхлого, недавно выпавшего снега приглушают звуковые волны. Они попадают в маленькие поры кристаллов снега и теряются там: их энергия пропадает. Старый снег или лед имеют гладкую поверхность и больше не могут так хорошо поглощать звук, а особенно далеко голоса разносятся над спокойной поверхностью воды.

96. Как вода может взорвать камень?
Если вода попадет в маленькие щели на шоссе или в здании, а потом замерзнет, то со временем она может взорвать асфальт, бетон и кирпич.
Это вызывает морозобойные повреждения. Сила, с которой вода давит на окружающие тела, составляет 2 тонны на квадратный сантиметр. Представь себе вес слона, давящий на почтовую марку.
До изобретения взрывчатки эту силу замерзающей воды использовали в каменоломнях. Рабочие сверлили отверстия в огромных каменных блоках и наполняли их водой. При заморозках лед расширялся и взрывал камни.
В Древнем Египте, где температура не бывает ниже нуля, поступали по-другому. В камне делали несколько рядом расположенных отверстий, вставляли в них кусочки сухого дерева и смачивали их водой. Дерево разбухало и взрывало камень.

97. В чем разница между водой и водяным паром?
Все вещества, с которыми мы встречаемся в окружающем нас мире, бывают или жидкими, или твердыми, или газообразными.
Эти состояния веществ называют агрегатными состояниями.
Многие вещества при охлаждении или нагревании можно перевести из одного агрегатного состояния в другое.
При этом они неожиданно приобретают совсем другие свойства.
Например, если нагреть воду до температуры выше 100 градусов Цельсия, она превращается в газ, в водяной пар.
У воды и водяного пара одинаковый химический состав, но совершенно разные свойства: водяной пар имеет свойства, типичные для газов.
Его можно сжимать, как воздух. Пар, как и воздух, обладает упругостью, он может сжиматься и снова расширяться и при этом может привести в действие паровую машину.

98. А есть жидкий воздух?
Даже такие прочные и твердые вещества, как железо, можно нагреть до такой температуры, что они становятся жидкими. При еще более высоких температурах жидкие металлы превращаются в газ. И наоборот, вещества, встречающиеся при нормальных температурах в виде газа, можно охладить до такой степени, что они становятся жидкими или даже твердыми. Например, воздух при температуре в минус 197,5 градуса Цельсия превращается в жидкость.

99. Почему дым поднимается вверх?
Дым содержит много мельчайших частиц, в том числе сажу, летучую золу и капельки смолы. Они возникают при сгорании. В ясную, сухую и безветренную погоду дым из трубы или от костра поднимается вертикально вверх. Тогда все содержащиеся в дыме вещества легкие и сухие и поднимаются вместе с горячим воздухом. Иначе обстоит дело в дождливую погоду. Тогда воздух влажный и содержит много водяного пара. Невидимые маленькие капельки, из которых состоит пар, оседают на частицах дыма и тянут дым вниз. Поэтому он становится тяжелым и не может так легко подниматься вверх. Если дым не поднимается над трубой, а висит над крышами, это — признак высокой влажности воздуха. Очень может быть, что скоро пойдет дождь.

100. Можно ли сжать воду?
Жидкости нельзя сжать. Они не обладают упругостью и не изменяют свой объем. Объемом предмета называется пространство, которое он занимает. Поэтому совершенно невозможно вместить два литра воды в литровую бутылку.

101. Почему губка впитывает воду?
На губке хорошо видно, как вода сама собой поднимается по маленьким щелочкам, тонким трубочкам и маленьким порам. В губке много маленьких пор. Если положить ее в пролитую воду, губка становится мокрой. Вода проникает в поры, и лужица пропадает. Это свойство воды называется капиллярностью (слово происходит от латинского «capillaris» — «волосной», потому что поры имеют толщину волоса). И промокательная бумага может впитывать воду только потому, что в ней много очень маленьких пор. Кстати, все полотенца и тряпки для вытирания имеют такое же строение. Гладкая бумага или гладкий шелк впитывают воду очень плохо.

102. Сколько воды нужно дереву?
Ни одно живое существо не может обойтись без воды. Животные пьют воду, берут ее из пищи или поглощают кожей. Растения впитывают воду главным образом корнями из почвы. Таким образом, большое дерево поглощает за сутки тонну воды, которая поднимается из корней по стволу и ветвям в листья и там испаряется.

103. Как вода попадает в крону дерева?
Это происходит без помощи мускулов или насоса. Дело в том, что вода сама поднимается по тонким трубочкам наверх. По древесине корней, ствола и ветвей проходит огромное количество таких трубочек и каналов. Они, как губка, впитывают воду.
Как только она испаряется с листьев, вверх всасывается новая вода.
Чем больше дерево, тем труднее ему поднимать наверх большое количество воды. Поэтому огромные секвойядендроны (Мамонтовы деревья) в Северной Америке произрастают только во влажных областях, где часто бывают обильные туманы. Они могут поглощать воду листьями из тумана.

104. Почему иголка может плавать?
Если осторожно положить иголку на воду, она не тонет, а плавает. Внимательно присмотревшись, можно увидеть, что иголка сделала в поверхности воды небольшое углубление, это выглядит так, словно на поверхности воды натянута тонкая пленка, а на ней лежит иголка. То, что выглядит как пленка и удерживает иголку на поверхности, — это поверхностное натяжение воды.
Молекулы воды стараются находиться как можно ближе и притягиваются друг к другу, «натягивая» поверхность воды. Правда, сила поверхностного натяжения очень мала, но она может вытолкнуть такой легкий предмет, как иголка. Но как только один конец иглы опустится в воду, чары разрушатся, поверхностное натяжение исчезнет, и иголка утонет.
А для предметов более тяжелых, чем иголка, сила поверхностного натяжения воды слишком мала.

105. Почему на старых фотографиях люди так напряженно смотрят в объектив?
У первых фотографов людям приходилось целую минуту сидеть неподвижно перед фотоаппаратом, пока фотопленки того времени освещались. Если человек шевелился или хотя бы мигал, изображение получалось нечетким — отсюда и напряженные позы.
Особенно неприятно это было для детей. Они не могут так долго сидеть неподвижно, и фотографам часто приходилось повторять съемку. Поэтому за фотопортреты детей просили больше денег, чем за фотографии взрослых.

Источник