第42期生活2分钟浏览 30
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放进杯子里的冰为什么不会沉下去?
石头会沉下去,冰却浮在水面上。来看看同样的水是怎样发生变化的。
把冰放进杯子里,它不会沉到杯底,而是浮在水面上。小石头会下沉,只有冰浮着,让人觉得冰像是另一种很轻的物质。这并不是因为材料不同,而是同样的水结冰后,占据的空间变大了。
结冰后占据的空间变大了
水结冰后,内部的间隙会稍微变大。同样多的水占据了更大的空间,重量却不变。据介绍,水结冰后体积大约会增大9%。所以,按同样大小来比较,冰比水轻。较轻的一方就会浮上来。
大多数物质的固体比液体重,因此会下沉。水变成固体后仍能浮起来,是一种少见的性质。认为“冰原本就是另一种较轻的材料”是一种误解。冰箱里的冰和那杯水也是同一种物质。冰看起来发白,很多时候是因为里面有微小的气泡。它浮起来并不是因为这种白色。
融化后也往往不会溢出来
在家里也能马上看到这个现象。往装着水的杯子里放冰,只有冰浸入水中的那部分会把水挤高。冰不会全部浸在水里。上面有一部分留在空气中。
那块冰融化后,杯子里的水也常常不会溢出来。这是因为原本露在水面外的部分融化后,会重新填满自己曾经把水挤高的空间。如果水已经装得快要溢出来,再往里加冰,那么放进去的瞬间就可能溢出来。像加冰威士忌这样的饮品,其中的冰也是依照同样的原理浮着的。在盐水里,液体的密度发生变化,冰浮起的高度可能会略有不同。
池塘从上面开始结冰
冬天池塘里的冰也是同样的道理。淡水在约4°C时最重。继续降温,反而会变轻,停留在水面,这一层就会先结冰。所以冰不会沉到水底,而是留在水面上。下方相对没那么冷,生物更容易度过冬天。海水因为含盐,这一变化模式略有不同。
为了给饮料降温而放进去的冰也是一样。浮着的时候,冰冷的表面与饮料接触。全部融化后,原来所在的位置又变成了水,甜味可能会稍微变淡。
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冰会浮起来,是因为水结冰时体积增大,即使大小相同,也比水轻。由于4°C时的密度反常现象,池塘也会从上面开始结冰。
整理与参考笔记 · USGS Water Density · NOAA JetStream sea water. 淡水在约4°C时密度最大,结冰后会膨胀约9%,变得比液态水轻。USGS和NOAA解释了这种密度反常现象(density anomaly)以及冰会浮起来的原因。与大多数物质不同,水的固体比液体轻。
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