poziom wody w szklance - eksperymencik

[feminasapiens]

W szklance znajduje się woda, wrzucamy do niej kostki lodu, poziom wody
oznaczamy jako X.
Po całkowitym rozpuszczeniu się kostek woda będzie na poziomie:
a) X + Y (ponieważ część lodu wystaje ponad poziom wody, więc o tę ilość
zwiększy się poziom wody)
b) nadal X (ponieważ zamrożona woda ma inną objętość niż w stanie ciekłym)

Czy odpowiedź na to pytanie jest oczywista?

Odpowiedź jest łatwa, wystarczy zrobić ten eksperyment, ale jakoś nigdy nie
miałam okazji.

[Gość: Roy]

Najlepiej zrobić taki eksperymnt wsypać kostki lodu (dość dużo) do szklanki i
nalać tak dużo wody, żeby się zrobił menisk wypukły i co... oj wylało się, a
nie powinno czemu?

Otóż odpowiedź wydaje się banalna. Lodu wystaje tyle (ok 10%) o ile zwiększa
się jego objętość podczas zamarzania. (Wynika to z tego, że masa H2O nie
zmienia się przy zamrażaniu, więc ile zmieni się objętość tyle zmieni się
gęstość, innymi słowy objętość zanurzonego lodu odpowiada objętości wody o
takiej samej masie jaką ma cała kostka lodu)A dlaczego czasem eksperyment nie
wychodzi. Bo w normalnie mrożonej wodzie często pozostają pęcherzyki powietrza.
Żeby eksperyment wyszedł prawie napewno trzeba mieć przeźroczystą jak szkło
kostkę lodu, a nie taką białą od pęcherzyków powietrza (przegotowanie wody i
wstawienie najpierw do lodówki a dopiero potem do zamrażalnika powinno pomóc -
stopniowo i powoli zmrozić)

[Gość: p.]

> Najlepiej zrobić taki eksperymnt wsypać kostki lodu (dość dużo) do szklanki i
> nalać tak dużo wody, żeby się zrobił menisk wypukły i co... oj wylało się, a
> nie powinno czemu?

Zalezy od tego jak bardzo wypukly byl ten menisk
zaraz po nalaniu wody.

>
> Otóż odpowiedź wydaje się banalna. Lodu wystaje tyle (ok 10%) o ile zwiększa
> się jego objętość podczas zamarzania. (Wynika to z tego, że masa H2O nie
> zmienia się przy zamrażaniu, więc ile zmieni się objętość tyle zmieni się
> gęstość, innymi słowy objętość zanurzonego lodu odpowiada objętości wody o
> takiej samej masie jaką ma cała kostka lodu)A dlaczego czasem eksperyment nie
> wychodzi. Bo w normalnie mrożonej wodzie często pozostają pęcherzyki
powietrza.
>
> Żeby eksperyment wyszedł prawie napewno trzeba mieć przeźroczystą jak szkło
> kostkę lodu, a nie taką białą od pęcherzyków powietrza (przegotowanie wody i
> wstawienie najpierw do lodówki a dopiero potem do zamrażalnika powinno pomóc -
> stopniowo i powoli zmrozić)

Tutaj dziala kilka czynnikow.

Po pierwsze na lod wystajacy ponad poziom menisku dziala
takze sila wyporu powietrza wiec lodu z wody wystaje nieco wiecej
niz wynkaloby to z roznicy miedzy jego gestoscia a gestoscia
wody w ktorej plywa.

Mozna sobie przeprowadzc eksperyment myslowy ile lodu by wystawalo gdyby
roznica gestosci miedzy nim a powietrzem byla 10 razy mniejsza niz
roznica gestosci miedzy niz a woda w ktorej plywa.
Wystawalo by go 10 razy wiecej objetosciowo niz plywaloby pod
powierzchnia menisku.
W takich warunkach gdy topnienie powoduje jedynie kilkuprocentowy wzrost
gestosci oczywistym by bylo ze poziom wody po stopieniu tego calego
lodu utrzymywanego glownie sila wyporu powietrza musi ulec zwiekszeniu
na koniec eksperymentu.

Mozna by to nawet sprobowac wykonac w praktyce uzywajc cieczy o gestosci nieco
wyzej od lodu ale znaczniej mniejszej od wody ktora z woda sie nie miesza.

Imnym waznym czynnikiem moze byc ksztalt lodu ktory wystaje ponad
powierzchnie wody, a dokladniej dlugosc jego linii brzegowej.
W tych miejscach woda bedzie silami miedzyczasteczkowymi zasysana na
powierzchnie lodu. W efekcie sredni poziom cieczy w naczyniu bedzie
wyzszy niz wskazywalby na to poziom menisku przy krawedzi naczynia.
Po stopieniu sie lodu ta naturalna drabinka znika i poziom menisku
musi sie podniesc by wyrownac do sredniego poziomu cieczy.

Nastepnym czynnikiem jest stalosc temperatury w calym naczyniu oraz
jej wartosc w chwili rozpoczecia eksperymentu.
Jesli poczatkowa temperatura jest mniejsza od 4 stopni C, to jej wzrost
w dolnych partiach naczynia bedzie powodowal zmniejszanie sie objetosci
wody i przeciwdzialal tym samym wylaniu sie wody z naczynia.
Gdy na dole naczynia temperatura jest wieksza niz 4 stoopnie, to wzrost
temperatury bedzie powodowal skutek przeciwny.
Oczywiscie te same uwagi odnosza sie do wody w gornej czesci naczynia
gdzie plywa lod, jednak tutaj mozna zalozyc ze przy prawidlowo
prowadzonym eksperymencie temperatura w czasie topnienia lodu bedzie
juz stala i bliska zeru stopni.

Gdybysmy lod wrzucili do wody o temperaturze pokojowej,to spadek jej
temperatury wywolany topnieniem lodu obnizalby poziom wody w naczyniu
i zwiekszal szanse na "udanie" sie eksperymentu.

Oczywiscie chyba najwazniejszym czynnikiem jest stopien wypuklosci
menisku w chwili rozpoczecia eksperymentu.
Po prostu wypukly nie jest rowny wypuklemu. Raz mozemy zostawic
wiekszy zapas raz mniejszy, a wielkosc menisku ktory sie jeszcze
"trzyma" bedzie pewnie zalezala tez od stopnia zanieczyszczenia wody
i jej skladu chemicznego: czy jest twarda czy miekka.

Nalezalo by miec zatem najlepiej dwa jednakowe naczynia
z podobna iloscia plywajacego lodu do ktorych
rownomiernie wkraplana bylaby woda az w jednym z nich poziom sie przeleje.
( Oczywiscie w chwile potem poziom ten powinien sie przelac w drugim
naczyniu co nalezaloby wczesniej sprawdzic eksperymentalnie )

[Gość: Jack]

Przepraszam, czy Kolega habilitował się z pływającej kostki lodu w wodzie?

[Gość: p.]

Gość portalu: Jack napisał(a):

> Przepraszam, czy Kolega habilitował się z pływającej kostki lodu w wodzie?

Alez skadze znowu.
Jesli Kolega chcialby cos sprostowac lub uzupelnic
to prosze sie nie krepowac.

[Gość: Roy]

hehe, tu nie ma nic do prostowania, ale myśle, że Jack'owi chodziło o to, że
może przesadnie głęboko został zanalizowany problem (chociaż mnie się
podobało :D ) czasem wystarczy dodać "czynniki losowe", bo np. "skład chemiczny
wody" myśle, że ma minimalny wpływ na eksperyment :)
choć moge się mylić.

mala poprawka

[Gość: p.]

Gość portalu: Roy napisał(a):

> hehe, tu nie ma nic do prostowania, ale myśle, że Jack'owi chodziło o to, że
> może przesadnie głęboko został zanalizowany problem (chociaż mnie się

napisalem cos takiego:
> Mozna by to nawet sprobowac wykonac w praktyce uzywajc cieczy o gestosci
> nieco wyzej od lodu ale znaczniej mniejszej od wody ktora z woda sie nie
> miesza.

Ta ciecz powinna miec gestosc nieco mniejsza od lodu, to wtedy czesc
lodu bedzie zaunrzona w wodzie pod ta ciecza.
Gdyby ciecz byla ciezsza (wieksza gestosc) to lod plywalby w niej
a nie w wodzie( zakladam ze tej cieczy bylaby wystarczajaca ilosc by lod
mogl w niej caly sie zanurzyc - podobnie jak w powietrzu ), co nie
przypominaloby sytuacji z powietrzem.
Choc tez dawaloby do myslenia.

> podobało :D ) czasem wystarczy dodać "czynniki losowe", bo np. "skład
> chemiczny wody" myśle, że ma minimalny wpływ na eksperyment :)
> choć moge się mylić.

Ja tez nie jestem tego pewien - chcialem jedynie zasygnalizowac
taka mozliwosc.
Przy takich doswiadczeniach na "krawedzi" ,ktore raz sie udaja
a raz nie, czasem trzeba uwzglednic wiele drobnych czynnikow
ktore decyduja o koncowym wyniku.
Pewnie dlatego ten moj opis tak zabawnie wygladal.
A swoja droga o co Ci chodzilo z tymi pecherzykami ?
Czy to mial byc zart ?
Ja mam pewien pomysl na zwiazek miedzy nimi a koncowym wynikiem,
ale wolalbym sie juz nie wymadrzac ;-)

[Gość: Roy]

jak woda zamarza gwałtownie to w kostce lodu pozostają malutkie pęcherzyki,
które można założyć, że nic nie ważą. Tak więc zwiększają objętość kostki a nie
zwiększają masy. Czyli zmniejszają gęstość lodu. Czyli sprawiają, że mniejsza
część jest zanurzona, czyli zwiększają szanse na wylanie się wody w
eksperymencie. :D... Tak mi się przynajmniej zdaje

[Gość: p.]

Gość portalu: Roy napisał(a):

> jak woda zamarza gwałtownie to w kostce lodu pozostają malutkie pęcherzyki,
> które można założyć, że nic nie ważą. Tak więc zwiększają objętość kostki a
> nie
> zwiększają masy. Czyli zmniejszają gęstość lodu. Czyli sprawiają, że mniejsza
> część jest zanurzona, czyli zwiększają szanse na wylanie się wody w

Jezeli nic by nie wazyly w otaczajacym kostke powietrzu, to gdyby je
poprzekluwac to czy kostka zanurzyla by sie glebiej czy wynurzyla by sie
raczej ?

> eksperymencie. :D... Tak mi się przynajmniej zdaje

Nie chcial bym Ci nic sugerowac dlatego pytam. ;-)

[Gość: Roy]

oczywiście, że gdyby je poprzekłówać i jeżeli to puste miejsce wypełniłaby woda
to zanurzyłaby się kostka głębiej

Pecherzyki

[Gość: p.]

Gość portalu: Roy napisał(a):

> oczywiście, że gdyby je poprzekłówać i jeżeli to puste miejsce wypełniłaby
> woda to zanurzyłaby się kostka głębiej

przyznam sie ze nie rozpatrywalem przypadku gdy pecherzyki sa pod powirzchnia
wody, ale dla ulatwienia rozwazan mozemy przyjac ze jakims magicznym sposobem
zostaly przemieszczone wewnatrz kostki lodu do tej jej czesci ktora wystaje
ponad poziom wody i ze po przekluciu takiego pecherzyka jedynie powietrze moze
sie dostac do niego.
Czy przekluwanie takich nic nie wazacych (rozumiem ze w tym powietrzu)
pecherzykow spowoduje zmiane poziomu zanurzenia koski lodu ?

[Gość: Roy]

No to w takim razie zdanie wyjaśnienia. Oczywiście zapewne więcej pęcherzyków
będzie w górnej części kostki lodu wystającej powyżej poziomu wody. Jeśli te
przekłujemy to kostka nie zanurzy się, ani nie wynurzy bardziej. pozostanie
kostka na takim samym poziomie. Jednak najprawdopodobniej z różnym
zagęszczeniem pęcherzyki będą w całej kostce lodu. I to te pęcherzyki które są
w kostce lodu poniżej poziomu wody sprawiają, że kostka jest jak za pomocą
małych baloników wynoszona wyżej.
Tak myślę.