Юный техник, 2014 № 08

Вода — это самое распространенное вещество на Земле. Она как воздух необходима для жизни организмов. Но все ли мы о ней знаем? Обыкновенная вода ведет себя вовсе не так, как ей вроде бы положено по законам физики. Вот тому лишь несколько примеров и опытов из книги Phycisc Experiments for Children Мюриэля Манделла.

ФОКУСЫ С ОБЪЕМОМ

Поставьте полную банку с водой в кастрюлю, примерно на 5 см заполненную кипящей водой. Кастрюля должна находиться на медленном огне для поддержания процесса кипения. Вскоре вы увидите, как вода из банки начнет переливаться через край.

Причина этого явления понятна — вода, как и практически любая жидкость, при нагревании расширяется. Если же говорить о происходящем с точки зрения физики, то картина выглядит так: при нагревании молекулы воды начинают отталкиваться друг от друга с большей интенсивностью, и это приводит к увеличению объема.

Продолжим эксперимент. Пусть банка с водой остынет при комнатной температуре (если не хотите ждать, то можно налить еще одну). Когда вода остынет, банку необходимо поставить в холодильник. Спустя какое-то время вы заметите, что уровень воды в ней понизился.

Это тоже понятно: при понижении температуры объем воды уменьшается. Причина опять же в скорости движения молекул — при охлаждении она падает, и молекулы сближаются друг с другом. На первый взгляд все просто: нагреваем воду — объем увеличивается, охлаждаем — уменьшается. Но не будем спешить с выводами!

Если вы охладите банку до 0 градусов, то увидите, что ее объем увеличился. Оказывается, в температурном промежутке от 3,89 до 0 градусов по Цельсию вода начинает увеличиваться в объеме даже при охлаждении.

ВОДА И ЛЕД

Кипящий снег? Такое увидишь не часто. Тем не менее, когда разница температур между водой и внешним воздухом велика, происходит удивительное явление. Скажем, если вылить кастрюлю кипящей воды на воздухе при температуре минус 34 градуса Цельсия и ниже, то кипящая вода мгновенно превратится в снег и разлетится.

Объяснение: крайне холодный воздух очень плотный, расстояние между его молекулами мало. Кипящая вода испускает пар; в тепле это привело бы к повышению влажности воздуха, но морозный воздух пар удержать в себе не может, и потому он распределяется, закрепляясь на микроскопических частицах в воздухе, и формирует кристаллы. Именно так образуются снежинки.

Логика подсказывает, что горячей воде, чтобы замерзнуть, нужно больше времени, чем холодной. Но, как ни странно, горячая вода замерзает быстрее. В том можете убедиться вы сами. Зимой это сделать очень просто, выставив на мороз две пластиковые одноразовые тарелки — одну с горячей водой, другую с холодной — и посмотреть, в какой тарелке лед образуется быстрее.

Эту особенность воды впервые обнаружил танзанийский студент Эрасто Мпемба в 1963 году. Но почему так происходит? Этого толком не знает никто и по сей день.

Полтора века ученые бьются еще над одной загадкой. Почему лед скользкий? Исследователи согласны с тем, что тонкий слой воды, появляющийся при давлении, например, конька, на поверхности льда приводит к возникновению скольжения. Однако среди них нет согласия относительно того, почему лед, в отличие от большинства других твердых тел, имеет такой слой. Одни теоретики считают, что слой появляется как результат акта скольжения, который при контакте с коньками или с подошвами начинает таять. Другие полагают, что слой образуется до того, как на льду появляется фигурист или обычный человек, и оказывается он там в результате внутреннего движения поверхностных молекул. А какое мнение сложилось у вас?

Обычно твердое тело тяжелее жидкости. Если, например, бросить в металлический расплав кусок того же металла, он утонет. А вот с водой все происходит с точностью до наоборот.

Попробуйте положить несколько кубиков льда в стакан с водой. Кубики будут плавать на поверхности. Причина этого явления вновь кроется в механизме замерзания — при затвердевании вода увеличивается в объеме, и образовавшийся лед легче воды. К слову, у этого свойства жидкости имеется вполне определенное «применение». Зимой часто говорят, что река замерзла. Но это не совсем так, ведь замерзает лишь верхний ее слой. А поскольку лед легче воды, он не тонет, предохраняя водных обитателей от суровых зимних морозов.

Лед только на вид кажется твердым. На самом деле он зачастую имеет не кристаллическое, а аморфное строение, что придает ему особые свойства. Если ледяной брус положить на две опоры и подвесить под ним гирьку на проволоке, обвязанной поперек бруска, то вскоре гирька упадет, поскольку проволока под силой тяжести пройдет сквозь лед. Самое интересное, что брусок при этом может остаться целым.