往一杯果汁里丢几块冰,冰块“扑通”一声掉进去,很快又浮了上来,乖乖地漂在最上面。
可是,冰不就是冻起来的水吗?同样是水,为什么变成冰以后,就能浮在水上了?
一般来说,铁块、石头放进水里会沉下去,木头、泡沫会浮起来。能不能浮起来,要看它和水比,谁更“轻”。所以我们先要弄明白,这里说的“轻”到底是什么意思。
一大块冰和一小杯水,哪个更重?如果一大块冰更重,它为什么还能浮在水上?
一、比轻重,要比“一样大”的时候
大冰块明明更重呀
一整盆冰,当然比一小杯水重。可是一整盆冰放进游泳池里,照样会浮起来。可见,“浮不浮”比的不是谁的总重量大。
换个比法:一样大小的时候谁更重
科学家的比法是:取一样大小的一块,看谁更重。这个“一样大小时有多重”,叫作密度。
- 一小块方糖那么大的水,大约重 1 克。
- 同样大小的冰,大约只有 0.92 克1。
冰比同样大小的水轻了一点点,所以它会浮起来。而且因为只轻了一点点,冰块大约有九成泡在水下,只露出一个小尖尖。
可是新的问题又来了:冰和水明明是同一种东西,为什么一样大小时,冰反而更轻?
二、结冰的时候,水分子在做什么
水是由小小的水分子组成的
一杯水里,有数也数不清的“水分子”,它们小到用最厉害的放大镜也看不见。
水是液体的时候,水分子们挤在一起,到处乱跑、互相挤来挤去,就像下课时操场上的小朋友。
结冰时,分子手拉手排好了队
天冷了,水分子跑得越来越慢。到了 0 摄氏度,它们会停下来,手拉着手,排成一个个六边形,就像小朋友们手拉手围成圈做游戏。
围成圈以后,圈中间就空出了一块地方。所以同样大小的地方,冰里装下的水分子,反而比水里少2。
分子变少了,同样大小的一块就变轻了。这就是冰比水轻、能浮起来的秘密。
大部分东西都是固体比液体更重,比如融化的蜡烛油里,凝固的蜡块会沉下去。水是少数“反过来”的东西之一,这也让水变得特别神奇。
三、冰浮在水面上,有什么用
冬天的河,是从上往下结冰的
因为冰比水轻,冬天湖面、河面结冰的时候,冰总是浮在最上面,像给河盖上了一层厚厚的被子。
冰下面的水被这层“被子”挡住了冷风,就不容易再冻住。所以就算是很冷的冬天,冰层下面也还有流动的水,小鱼、小虾就在里面过冬。
如果冰会沉下去呢?
想象一下:要是冰比水重,河面上结出的冰就会一块一块沉到河底,上面的水再结冰、再沉下去……最后整条河都可能冻成一大块冰,鱼儿就没有地方住了。
所以,冰会浮起来这件小事,其实保护了水里的很多生命。
四、动手试试:看看水结冰会不会“长胖”
你需要: 一个塑料杯、一支记号笔、清水、冰箱的冷冻室。
- 在塑料杯里倒大半杯水,用记号笔在杯子外面,沿着水面画一条线。
- 把杯子放进冷冻室,等上半天,直到水全部冻成冰。
- 拿出来看一看:冰的表面,是不是比你画的线高出了一点?
水的多少没有变,可是冻成冰以后占的地方变大了。这正是因为水分子排成了中间带洞的六边形。
一定要用塑料杯,不要用玻璃瓶,更不要用盖紧盖子的瓶子:水结冰时会“长胖”,可能把玻璃撑破。往冰箱里放东西之前,先问问大人。
小结
回到开头的问题,我们一路找到了这些答案:
- 怎么比轻重才对? 要比一样大小的时候谁更重,也就是比“密度”。
- 冰比水轻吗? 是的,一样大小的冰,大约只有水的九成重,所以冰会浮起来。
- 为什么冰更轻? 结冰时水分子手拉手排成六边形,中间空出了洞,同样的地方装下的分子变少了。
- 这有什么用? 冰浮在水面上,像被子一样盖住河流,让小鱼能在冰下面过冬。
下次喝冰饮料的时候,看看漂着的冰块露出水面有多少,是不是只有一个小尖尖?