Я читал объяснение этого в нескольких учебниках, но я изо всех сил пытаюсь понять это с помощью принципа Архимеда. Если кто-то может пояснить диаграммой или чем-то еще, чтобы я мог понять, или четким объяснением уравнения, это было бы здорово.
Хороший вопрос.
Предположим, у нас есть один кубик льда в стакане воды. Лед вытесняет часть этой воды, поднимая высоту воды на величину, которую мы назовем .
Принцип Архимеда гласит, что вес вытесненной воды будет равен выталкивающей силе, обеспечиваемой этой водой. В таком случае,
куда объем вытесненной воды, плотность воды, площадь основания кубика льда и есть ускорение под действием силы тяжести.
Следовательно, выталкивающая сила, действующая на лед, равна .
Теперь нисходящий вес льда .
Теперь, поскольку лед не тонет и не плавает, они должны балансировать. То есть:
Следовательно,
Теперь, когда лед тает, эта разница высот за счет плавучести уходит в 0. Но теперь появляется дополнительная масса воды было добавлено в чашку в виде воды. Поскольку масса сохраняется, масса таявшего льда превратилась в эквивалентную массу воды.
Таким образом, объем такой воды, добавленной в чашку, равен:
и поэтому,
Так,
То есть высота, на которую вода увеличилась из-за таяния льда, точно такая же, как высота, на которую увеличилась плавучесть до того, как лед растаял.
Редактировать: Для завершения, так как это поднимается как вопрос в комментариях.
Таяние айсбергов способствует повышению уровня моря, потому что вода, которую они содержат, не соленая.
Хотя большая часть вклада в повышение уровня моря вносится водой и льдом, движущимся с суши в океан, оказывается, что таяние плавучего льда также вызывает небольшое повышение уровня моря.
Пресная вода, из которой состоят айсберги, менее плотная, чем соленая морская вода. Таким образом, хотя количество морской воды, вытесненной айсбергом, равно его весу, талая пресная вода займет несколько больший объем, чем вытесненная соленая вода. Это приводит к небольшому повышению уровня воды.
В глобальном масштабе это звучит не так уж и много — всего 0,049 миллиметра в год, — но если весь морской лед, который в настоящее время качается в океанах, растает, уровень моря может подняться на 4–6 сантиметров.
Вот объяснение, которое не нуждается в явных уравнениях.
Рассмотрим следующую диаграмму, в которой части 1 и части 2 представляют лед.
Объем вытесненной воды равен объему part2 и имеет столько же массы, сколько (part1+part2)
Теперь посмотрите, что происходит, когда и часть 1, и часть 2 плавятся:
И мы только что сказали, что часть1 + часть2 массы воды имеет часть2 объема.
part2
объем , имеет такую же массу, как part1 + part2
? Черная линия, отделяющая part1
от part2
, кажется произвольно нарисованной.part1 + part2
? Объем этой воды определенно равен объемуpart2
, но я не понимаю, почему он равен массе обеих частей.Брэндон, выше, переходит прямо к делу. Замерзшая вода вытесняет свою массу в остальной воде, а значит, фактически вытесняет количество, равное самой себе. В замороженном виде она больше по объему и, следовательно, менее плотна из-за водородных связей — вот почему она плавает — и когда она тает, она возвращается в жидкое состояние (сюрприз!) практически с той же плотностью, что и окружающая вода. Заданное количество воды, временно большее по объему, но, соответственно, менее плотное, потому что оно замерзло, возвращаясь в жидкое состояние, таким образом, не повысит общий уровень воды (при условии, что здесь нет испарения, комары останавливаются, чтобы сделать глоток и т. д. и т. д.) --
Я видел этот вопрос несколько лет назад. Обратите внимание, что уровень воды не меняется, так как лед тает, ТОЛЬКО если лед тает в чистой воде. Если растопить кубики льда в соленой воде, уровень воды будет повышаться по мере таяния льда.
Рассмотрим кубик льда размером 10 см, предположим, что плотность воды и льда составляет 10:9. Сначала лёд находится в воде 9 см, а когда он растает, он станет водой объёмом 10*10*9. Просто заливает растаявший лед в воду.
В то время как два существующих ответа предлагают некоторые хорошие научные данные о том, почему уровень воды не меняется, они оба несколько чрезмерно оптимистичны. Пока уровень не поднимется, он тоже не останется прежним. Испарение будет происходить одновременно с таянием, и уровень воды в стакане действительно немного понизится.
Даже если лед останется замороженным, процесс сублимации позволит льду испариться. Вы могли видеть, как это происходит в вашем морозильнике или со снегом на крыльце.
Ответы смещения мью и кал точны.
Речь идет о химии смещения.
Вода – единственное вещество, у которого плотность твердого тела меньше плотности жидкости. (Для справки есть еще один элемент, а именно галлий).
Когда вы охлаждаете жидкость, она оседает и становится более плотной. Когда он оседает до твердого состояния, он обычно просто оседает еще больше.
Вода — очень интересная молекула, поскольку она очень стабильна и все еще полярна. Два водорода и один кислород в треугольнике. Кислород слегка отрицательный, а водород положительный. Когда они оседают в твердом состоянии, они образуют решетку, которая менее плотна, чем в жидком состоянии. Вода имеет максимальную плотность 4 градуса по Цельсию.
Если бы лед был плотнее воды, мы были бы на совсем другой земле. Нас бы, наверное, не было на этой земле.
Еще один не математический способ взглянуть на это.
объем воды уже в контейнере, который мы можем считать постоянным, плюс
сколько воды вытесняется тем, что мы в ней плаваем, или какой дополнительной водой мы добавляем к ней (вытесненный объем). Если мы можем показать, что это остается постоянным, когда лед превращается в талую воду, то уровень воды должен быть постоянным.
Замораживание и таяние воды не приводит к увеличению или потере дополнительных атомов или другой массы. При таянии 1 кг льда получается 1 кг воды. Меняется только громкость.
Объем воды, вытесненной плавучим объектом, зависит только от массы объекта, а не от его объема или плотности.
Поскольку замерзание не меняет массу, оно не меняет объем вытесненной воды, поэтому уровень воды не меняется.
Это делает, это снижает его. Замерзшая вода занимает больше места, чем жидкая вода (вы заметите, что она плавает, потому что масса на единицу объема меньше). По мере того, как он тает, он занимает меньше места на единицу площади, поэтому уровень воды падает.
Вендетта
Вишну