コップに入れた氷はなぜ沈まないのでしょう？

水は凍ると、少しすき間が広がります。同じ量の水がより広い場所を占め、重さは変わりません。凍ると体積がおよそ9パーセント大きくなるといわれています。そのため、同じ大きさで比べると氷は水より軽くなります。軽いほうが上に浮かびます。

ほとんどの物質は、固体が液体より重いため沈みます。水が固体になっても浮くのは、珍しい性質です。「氷はもともと別の軽い材料」という考えは誤解です。冷蔵庫の氷も、そのコップの水と同じ物質です。白く見えるのは、氷の中にある小さな空気の泡が原因であることが多いのです。浮くのは、その白い色のためではありません。

家でもすぐに確かめられます。水の入ったコップに氷を入れると、氷が沈んだ分だけ水が押し上げられます。氷が全部沈むわけではありません。上の一部分は空気の側に残っています。

その氷が溶けても、コップから水があふれないことがよくあります。水面から出ていた部分が溶けることで、自分が押し上げていた場所を再び満たすからです。すでにあふれそうなほど水を入れたところに氷を追加すると、入れた瞬間にはあふれることがあります。ウイスキーのオン・ザ・ロックのように氷を入れる飲み物でも、同じ原理で氷が浮いています。塩水では液体の密度が変わるため、浮く高さが少し変わることがあります。

冬の池の氷にも、同じことが起きています。淡水は約4°Cで最も重くなります。さらに冷えるとかえって軽くなって水面にとどまり、その層が先に凍ります。そのため、氷は底に沈まず水面にとどまります。下のほうは比較的冷たさが弱く、生き物が冬を越しやすくなります。海水は塩分のため、このパターンが少し異なります。

飲み物を冷やすために入れる氷も同じです。浮いている間、冷たい面が飲み物に触れています。全部溶けると、その場所は再び水になり、甘みが少し薄くなることがあります。