ربما لاحظ الجميع كيف تتشكل قشرة رقيقة من الجليد على سطح الماء عندما يتجمد. مكسورة ، تعمل على السطح ، ومن المستحيل ببساطة إغراقها. والشيء هو أن الماء الصلب أخف من الماء السائل.
قانون أرخميدس
إن القدرة المذهلة للجليد على الطفو والالتفاف على سطح الماء لا ترجع إلى أكثر من الخصائص الفيزيائية الأساسية ، التي تمت دراستها في سياق المدرسة الإعدادية والثانوية. من المعروف على وجه اليقين أن المواد عند تسخينها تميل إلى التمدد ، على سبيل المثال ، الزئبق في ميزان الحرارة ؛ وأيضًا عندما تنخفض درجة الحرارة ، يتجمد الماء ويزداد حجمه ، مكونًا قشرة جليدية على سطح الخزانات.
غالبًا ما تلعب الزيادة في حجم المياه المجمدة نكتة قاسية مع أولئك الذين ينسون حاويات السوائل في البرد. الماء يمزق الحاوية حرفيا.
إن الرأي القائل بأن المسام المجهرية المليئة بالهواء تظهر في الكتلة الجليدية المشكلة حديثًا ليس خاطئًا ، ولكنه أيضًا لا يمكن أن يفسر حقيقة الطفو بشكل صحيح. وفقًا للمبادئ التي اشتقها وصاغها العالم اليوناني القديم ، والتي سميت لاحقًا باسم قانون أرخميدس ، يتم إخراج الأجسام المغمورة في سائل منه بقوة مساوية لخصائص وزن السائل المزاح بواسطة هذا الجسم.
فيزياء الماء
من المعروف على وجه اليقين أن الجليد أخف بحوالي عُشر الماء ، ولهذا السبب تغمر الجبال الجليدية العملاقة في المحيط بحوالي تسعة أعشار حجمها الإجمالي ولا يمكن رؤيتها إلا لجزء صغير. يتم تفسير هذه الاختلافات في الوزن من خلال خصائص الشبكة البلورية ، والتي من المعروف أنها لا تحتوي على بنية مرتبة في الماء وتتميز بالحركة المستمرة وتصادم الجزيئات. وهذا يفسر ارتفاع كثافة الماء مقارنة بالجليد ، حيث تظهر جزيئاتها ، تحت تأثير درجات الحرارة المنخفضة ، حركة منخفضة ومكونًا صغيرًا للطاقة ، وبالتالي كثافة أقل.
من المعروف أيضًا أن الماء له أقصى كثافة ووزن عند درجة حرارة 4 درجات مئوية ، ويؤدي الانخفاض الإضافي إلى تمدد وانخفاض في مؤشر الكثافة ، وهو ما يفسر خصائص الجليد. لهذا السبب ، في الخزانات ، تغرق المياه الثقيلة ذات الأربع درجات إلى القاع ، مما يجعل من الممكن أن يرتفع الماء الأكثر برودة ويتحول إلى جليد غير غارق.
للجليد خصائص محددة ، على سبيل المثال ، إنه مقاوم للعناصر الأجنبية ، وله تفاعل منخفض ، ويختلف في حركة ذرات الهيدروجين ، وبالتالي لديه نقطة إنتاجية منخفضة.
من الواضح أن هذه الخاصية أساسية للحفاظ على الحياة على الأرض ، لأنه إذا كان للجليد القدرة على الغمر تحت عمود الماء ، بمرور الوقت ، فإن جميع المسطحات المائية للأرض بعد انخفاض درجات الحرارة يمكن أن تمتلئ بطبقات دائمة تتشكل على سطح الجليد ، مما قد يؤدي إلى كارثة طبيعية واختفاء كامل لنباتات وحيوانات المسطحات المائية من خط الاستواء إلى القطبين المعاكسين.
