37
П. Канаев
Опыты с водой на морозе
Почему зимой часто лопаются водопроводные трубы и разрывают бутылки с водой? Почему с приходом весны на крышах домов появляются сосульки, а летом иногда вместе дожда на землю падает гряд? Почему вода в глубоких реках и озерах не замерзает до дня?
Подобных водросов можно сформировать очень много, потому что много особеннотей tant в себе замерзающая вода. С некоторых из них сможете познакомиться на опытах с водой на морозе.
Все предлагаемые вам опыты очень просты, они не требуют никакой специальной подготовки. Однако даим несколько советов. Опыты лучше проводить при температуре не выше —5°С. Помните, что цилиндрические стеклянные или пластмассовые сосоды с водой на морозе могут лопнуть, так что по возможности пользоваться соудами кончечной формы. В некоторых опытах вам попадобится насыщенный расторにおваренной соли. Его лучше приготовить заранее, расторив 30 гにおваренной соли в 100 мл теплой воды.
Проделав опыт, поставляется самостоятельно обязывает наблюдаемые явления и ответить на все возникшие вопросы. Если вы это сделать не суммеете, прочитайте ответы и обяснения в статье.
Итак, вам предстоит проводити следующие эксперименты:
- В холодном неотапливаемом помещении (например, в саре, чулане, гараже) или на балконе на стол или другую горизонтальную поверхность положите стеклянную пластинку, поставьте рюмку, перевернуть ее ножкой вверх, опрокинутое блюдце и, наконец, большой таз. С помощью узкой трубочки капните несколько капель воды на пластинку и заполните водой углубления в ножке рюмки и в блюдце, в таз налейте 2—3 крупки воды.
Когда вода замерзнет, внимательно посмотрите на поверхности льда. Вы увидите, что замерзшие капли заострились, в середине углублений рюмки и блюдца образовались конусообразные бугорки (рис. 1). А в тауу вырос hastoryй ледяной бугор.
Теперь замерите воду слабым расторомにおваренной соли или мыльным
38
раствором и повторите опыт (таз можно не использовать). Оказывается, при замерзании воды растровов (а не просто воды!) никаких буторков не образуется.
И еще один опит, но уже не с водой, а с парафином или воском. Налейте расплавленный парафин (или воск) в углубление основания рюмки и вынесите на мороз — после застывания парафина на его поверхности вы обнаружите… владиную (рис. 2).
Три опита на одну и ту же тему дают разные результаты.
Почему?
При замерзании вода сильно расширяется, поэтому на поверхности льда и образуется буторок. Воды растровы при отвердевании расширяются очень незначительно, их поверхность остается гладкой. Parafин же при переходе из жидкого состояния в твердое скимается, в результате появляется владина.
- Для опита вам потребуется тонкостенный стеклянный сосуд. Им может служить, например, баллон электрической лампочки накаливания без цоколя (цоколь можно удалить, если трехгранным надфилем аккуратно распилить стекло на его границе с металлом, при этом лампочки надо все время поворачивать).
Налейте в баллон воды до высоты его максимального горизонтального диаметра и дайте ей замерзнуть.
Вы увидите очень красивую картину (рис. 3). Край образовавшегося ледяного слитка в основном пространстве, лишь кое-где в лед вкраплены пузырьки воздуха различной формы и размеров, а в середине слитка — непрозрачный сгусток, напоминающий свернувшегося в клубок ежа.
Предварительно подкрасьте воду «зеленкой» (ее можно купить в аптеке) и еще раз проведите тот же самый опит.
После замерзания подкрашенной воды картина будет еще более красной. По краям ледоаннется по-прежнему произвольным и неокрашенным, в то время как в средней части окраска сильно сгустится, так что «еж» будет казаться зеленьм.
Как все это можно объяснить?
Obviously вода начинает замерзать на своей поверхности и около стенок.
Затем замерзание постепенно распространяется к центру объема воды, где образуется множество направленных ледяных кристаллов. Так возникнет непрозрачный сгусток из сросшихся кристаллов, который рассеивает свет по всему направлению.
Как мы уже говорили, при отвердевании воды ее объем увеличивается. Внутри льда возникнет пустоты. Мельчайшие, невидимые глазом, но всегда имеющиеся в воде пузырьки воздуха сливаются и образуют более крупные. Они хорошо видны там, где лед произойдет.
Подкрашенная вода ведет себя аналогично чистой воды. При переходе из жидкого состояния в твердое ее
39
молекуры должны расположиться упорядоченно. В результате молекуры красящего вещества как бы вытесяются от краев к середине объема жидкости. Вот почему лед остается прораchnым по краям и оказывается сильно окрашенным в середине.
- Возьмите стеклянную трубку диаметром 7—15 мм и один конец ее закупорьте резиновой пробкой.(Можно воспользоваться цилиндром от прибора «Огниво», который имеет в школьном физическом кабинете. Винтовое дно нужно снять, а ответные закрыть пробкой.) Укрепите трубку в вертикальном положении пробкой вниз (например, закмите в лапке штатива). Заполните полученный сосуд до краев водой, а ответные прикройте кружочком плотной бумаги.
При замерзании воды образовавшийся столбик льда будет подниматься вместе с бумажным кружочком (рис. 4, а).
Проделяйте тот же опыт с перевернутым сосудом, то есть когда пробка находится вверху, а бумажный кружочек — внизу. В этом случае столбик льда будет опускаться вместе с кружочком (рис. 4, б).
Тепер несколько видно изменение последний опыт. В сосуд налейте столбко воды, чтобы уровень ее доходил до края примерно на 1 см. Отверстие закройте кружочком и переверните сосуд (рис. 4, в). После замерзания воды вы увидите, что ледной столбик будет не опускаться, а подниматься, приближаясь к пробке.
Какие можно сделать выводы?
Вода при замерзании расширяется, причем расширяется по всем направлениям. Но «дно» и стенки сосуда преястуют движению, поэтому ледной столбик перемещается только в одном направлении — туда, где давление наименьшее.
- Вынесите на мороз два стаканчика. В один налейте чистую воду, а в другой — насыщенный расторにおваренной cols. Для опыта потребуются две сосульки. (Их можно «вырастить» искусственно. Например, так: заморозьте воду в узкой, закрытой с одного конца стеклянной или металлической трубке. Чтобы вытащить образовавшуюся сосульку, трубку слегка подогрейте.)