Парадокс ведра

Сообщение №69247 от Бабинцев Виктор 31 июля 2012 г. 00:36
Тема: Парадокс ведра

На наших естественных водоемах лед образуется на поверхности воды. И только это позволяет рыбакам бурить зимой лунки и ловить живую рыбку, питающуюся бентосом, то есть живыми организмами дна.

Это явление объясняется уникальным свойством воды к расширению при температурах от плюс 4-х градусов Цельсия и ниже: дескать, группы молекул, охлажденных до таких температур, всплывают на поверхность и, охлаждаясь дальше вследствие теплообмена с холодным воздухом, замерзают, то есть занимают упорядоченное место в пространстве, образуя твердый кристаллический лед. А вот, если бы все было наоборот, и вода бы сжималась и уплотнялась при охлаждении, как это и свойственно всем другим веществам, то лед бы образовывался на дне водоемов. То есть переохлажденная и более плотная вода просто бы «тонула» в более теплой и менее плотной.

Однако прошу у всех прощения за свою наивную простоту, но вода в помойном ведре, выставленная на мороз, замерзает со всех сторон практически одновременно. В этом каждый может легко убедиться и летом, поставив воду в металлической кружке в свой морозильник (лучше взять банку из-под пива с отрезанным верхом – мой совет). Ставить кружку с водой комнатной температуры нужно на два подложенных карандаша или спички. Короче, как только вы заметите лед на поверхности воды в кружке, выплеснете ее и проведите пальцем по дну и боковым стенкам кружки. Наличие льда вы почувствуете и там, и тут.

Почему-то охлажденная до температуры минус 4 и ниже вода не всплывает вдоль холодных стенок ведра или кружки и не замерзает толстым слоем льда на поверхности. Объясните, пожалуйста, этот парадокс. Или скажем так: почему в естественных водоемах вода замерзает на их поверхности, если она при замерзании не расширяется?

Вопрос простой и ответ простой: потому что на поверхности водоемов она и охлаждается; потому что вода быстро расширяется, только превращаясь в лед. Сравнительный пример: если одинаковыми мячиками наполнить детскую кроватку, а потом каждый мячик в каждом ряду расположить строго над мячиком, то прежнее количество мячиков в кроватку уже не поместится. Вот примерно так же и вода расширяется при замерзании, то есть при ее кристаллизации и переходе в твердое агрегатное состояние.

P.S. Чему равна плотность воды при 5-ти и, скажем, при 2-х градусах Цельсия мне не известна; чему равна скорость звука в воде при этих же температурах мне не известна тоже. Если кто-то эти значения знает – посмеемся вместе.

Без структурной формулы вода здесь не разобраться: http://www.proza.ru/2009/07/15/209


Отклики на это сообщение:

> На наших естественных водоемах лед образуется на поверхности воды. И только это позволяет рыбакам бурить зимой лунки и ловить живую рыбку, питающуюся бентосом, то есть живыми организмами дна.

> Это явление объясняется уникальным свойством воды к расширению при температурах от плюс 4-х градусов Цельсия и ниже: дескать, группы молекул, охлажденных до таких температур, всплывают на поверхность и, охлаждаясь дальше вследствие теплообмена с холодным воздухом, замерзают, то есть занимают упорядоченное место в пространстве, образуя твердый кристаллический лед. А вот, если бы все было наоборот, и вода бы сжималась и уплотнялась при охлаждении, как это и свойственно всем другим веществам, то лед бы образовывался на дне водоемов. То есть переохлажденная и более плотная вода просто бы «тонула» в более теплой и менее плотной.

> Однако прошу у всех прощения за свою наивную простоту, но вода в помойном ведре, выставленная на мороз, замерзает со всех сторон практически одновременно. В этом каждый может легко убедиться и летом, поставив воду в металлической кружке в свой морозильник (лучше взять банку из-под пива с отрезанным верхом – мой совет). Ставить кружку с водой комнатной температуры нужно на два подложенных карандаша или спички. Короче, как только вы заметите лед на поверхности воды в кружке, выплеснете ее и проведите пальцем по дну и боковым стенкам кружки. Наличие льда вы почувствуете и там, и тут.

> Почему-то охлажденная до температуры минус 4 и ниже вода не всплывает вдоль холодных стенок ведра или кружки

Если вода начинает намерзать на стенки сосуда и по всей его высоте, то намерзающий слой уж не сможет перемещаться вдоль стенки сосуда, т.к. имеет прекрасную адгезию к любому материалу стенки (хотябы из-за вакуумирования границы вода-стенка и сила трения скольжения на оной границе многократно превышает силу от плавучести льда!

и не замерзает толстым слоем льда на поверхности. Объясните, пожалуйста, этот парадокс. Или скажем так: почему в естественных водоемах вода замерзает на их поверхности, если она при замерзании не расширяется?

> Вопрос простой и ответ простой: потому что на поверхности водоемов она и охлаждается; потому что вода быстро расширяется, только превращаясь в лед. Сравнительный пример: если одинаковыми мячиками наполнить детскую кроватку, а потом каждый мячик в каждом ряду расположить строго над мячиком, то прежнее количество мячиков в кроватку уже не поместится. Вот примерно так же и вода расширяется при замерзании, то есть при ее кристаллизации и переходе в твердое агрегатное состояние.

> P.S. Чему равна плотность воды при 5-ти и, скажем, при 2-х градусах Цельсия мне не известна; чему равна скорость звука в воде при этих же температурах мне не известна тоже. Если кто-то эти значения знает – посмеемся вместе.

> Без структурной формулы вода здесь не разобраться: http://www.proza.ru/2009/07/15/209

О структурной воде я слышу уже пару десятков лет, если не более и...что тут нового?


>

> > Почему-то охлажденная до температуры минус 4 и ниже вода не всплывает вдоль холодных стенок ведра или кружки

> Если вода начинает намерзать на стенки сосуда и по всей его высоте, то намерзающий слой уж не сможет перемещаться вдоль стенки сосуда, т.к. имеет прекрасную адгезию к любому материалу стенки (хотябы из-за вакуумирования границы вода-стенка и сила трения скольжения на оной границе многократно превышает силу от плавучести льда!

> > Примерзает или прилипает в вертикальным стенкам банки только вода с температурой от 0 и ниже, а от 0 до плюс 4-х градусов, согласно науке, вода должна подниматься вдоль стенок вверх, согревая их. А на дне ведра, по науке, льда не должно быть совсем. Что тут непонятного?


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100