fizica uimitoare și ciudat de apă - Digest de mediu

„Nu este nimic mai moale și mai slab decât apa, dar nu este nimic mai bun pentru tratamentul lucrurilor solide și puternice.“

Acest paradox a fost formulat de salvie chinez Lao Tzu, textul antic al „Tao-Te-rege, sau scriind despre moralitate.“ Într-adevăr, capacitatea de apă pentru a spăla, a calma și hrăni contraste cu o forță irezistibilă, de exemplu este Cascada Niagara, Grand Canyon (a fost sculptat de-a lungul secolelor de râul Colorado) și tsunami-ul.

În mod similar, în mod paradoxal, că apa și foarte familiar - este de aproximativ două treimi din corpul nostru și acoperă trei sferturi ale planetei - și foarte misterios. Deși crezi că tu știi foarte bine, multe dintre proprietățile de apă vă sunt foarte surprins. Și unii dintre ei sunt atât de ciudat că încă nu sunt pe deplin înțelese de știință.

cursă descendentă

În mod logic persoana de gândire va presupune că apa caldă va avea nevoie de mai mult timp să se răcească până la o temperatură de 0 grade Celsius și să înghețe decât la rece. Dar lucru ciudat este că acest lucru nu este întotdeauna adevărat. In 1963, un student tanzanian numit Erasto Mpemba remarcat faptul că, de fapt, apa fierbinte îngheață mai repede decât la rece, în cazul în care cele două corpuri de apă sunt expuse la aceleași condiții, cu temperatura sub zero.

Și nimeni nu știe de ce.

Singura ipoteza - este efectul Mpemba este un rezultat al procesului de recirculare a căldurii numit convecție. Rezervorul de apă caldă este ridicat, deplasând rece și crearea de „încălzit“. Oamenii de știință sugerează că convectie ar putea accelera intr-un fel procesul de răcire, permițând înghețare a apei calde mai repede decât la rece, chiar dacă multe dintre mercur este necesară pentru a depăși punctul de îngheț.

Un an și jumătate de secol de cercetare și nu au dat răspunsul la ce se poate cădea pe gheață. Oamenii de știință unanimă prin aceea că un strat subțire de apă sau lichide pe gheață solide cauzează lunecos și mobilitatea fluidului împiedică mișcarea, chiar dacă anii subțire. Dar nu există nici un consens cu privire la motivul pentru gheață, în contrast cu majoritatea substanțelor solide are stratul.

Teoreticienii sugerează că acest proces de alunecare, care este în contact cu gheața, forțând suprafața să se topească. Alții cred că există stratul de lichid, chiar înainte de a exista un obiect de alunecare, și că este format de suprafața interioară a mișcării moleculelor.

Fără îndoială că sunteți în căutarea celui vinovat, culcat pe spate și fulgeră, dar, din păcate, acesta nu a fost încă găsit.

Pe Pământ, apa de fierbere creează mii de bule mici de vapori. Spațiul creează, de asemenea, un balon gigant oscilant.

Atunci când o picătură de apă care cade pe suprafața este mult mai fierbinte punctul său de fierbere, poate fi purtat pentru mult mai mult timp pe suprafața decât vă așteptați. Acesta este efectul Leidenfrost și rezultă din faptul că, atunci când picăturile strat inferior se evapora, moleculele de apă gazoși din acest strat au unde să meargă, iar prezența lor izolează picăturile de reziduuri și împiedică atingerea lui suprafața fierbinte. Astfel, există o picătură de câteva secunde înainte de a se evapora complet.

Uneori se pare că apa neagă legile fizicii, pentru a păstra de la prăbușirea, în ciuda încercărilor de greutate sau de presiune a obiectului greu să-l rupe.

Această forță de tensiune superficială, o proprietate care face ca stratul exterior al corpului de apă (și alte lichide) să se comporte ca un înveliș flexibil. Tensiunea superficială apare din cauza faptului că moleculele de apă legat vag unul cu altul. Datorită acestei molecule de suprafață se confruntă cu tensiuni interne de molecule de sub ele. Apa va rămâne întreg, până la ruperea puterea ei depășește puterea de legături slabe și nu se va rupe suprafata.

De exemplu, în clipul de hârtie foto de mai sus se află pe suprafața apei. Cu toate ca de metal mai dens decât apa și, prin urmare, trebuie să se scufunde, tensiunea de suprafață nu permite clipul de a sparge suprafața apei.

Atunci când există o diferență de temperatură mare între apă și aerul exterior, există un efect surprinzător - de exemplu, dacă o tigaie pentru a turna apă de fierbere (100 ° C), în aer, la minus 34 de grade Celsius, iar apoi apă clocotită transformată instantaneu în zăpadă și distrus.

Explicație: Un aer extrem de rece este foarte dens, distanta dintre moleculele sale este atât de mică încât nu există spațiu suficient pentru transportul vaporilor de apă. Fierberea apei pe de o parte, emite în mod activ cu abur. Când a aruncat în aer, se rupe în picături, motiv pentru care există mai mult spațiu pentru distribuția aburului. Aceasta prezintă o problemă. Emiși mai mult abur decât poate ține aerul, și pentru că este distribuit, fixat la particulele microscopice din aer, cum ar fi soda sau calciu si cristale formulare. Asta e modul în care se formează fulgi de zăpadă.

Deși în stare solidă aproape orice substanță densă decât lichidul, deoarece atomii solide sunt, de obicei strâns adiacente unul cu altul, nu este valabil pentru H2O. Când apa ingheata, ei volumul crește cu circa 8 procente. Este o proprietate ciudată care permite cuburi de gheata si chiar imens float aisberguri.

Când apa răcită la punctul de îngheț, există mai puțină energie pentru cauzarea molecula capsate, și pentru că ele pot forma legături de hidrogen puternice cu vecinii săi și fixat în mod progresiv. Același proces determină tot lichidul să se solidifice. Și, ca și în celelalte solide, comunicarea dintre moleculele de gheata, de fapt mai scurte și mai puternice decât în ​​apă în stare lichidă; diferența constă în faptul că structura hexagonală de cristale de gheata lasă o mulțime de spațiu gol, ceea ce face ca gheața ca un întreg mai puțin dens decât apa.

Suma în exces poate fi văzut uneori sub forma unor proeminențe de pe partea de sus a cuburile de gheata din congelator. Aceste proiecții constau în exces de apă stors din zarului de congelare (si extinderea) gheata. apa Container îngheață pe partea de jos și părțile laterale spre centru și partea de sus, iar gheața se extinde spre centru.

unic

După cum se spune, nu există doi fulgi de zăpadă identici. De fapt, istoria studiului de zăpadă fiecare structură frumoasă a fost absolut unic. Iată de ce: fulg de zăpadă începe sub forma unei prisme hexagonale simplu. In toamna se confruntă cu condiții recurente care schimba forma lor, inclusiv temperatura diferite, umiditatea și nivelurile de presiune atmosferică. Aceste fapte sunt suficiente variabile pentru formarea de cristale trecut niciodată de două ori prin aceeași schemă.

Și ceea ce este cel mai interesant în ceea ce privește fulgi de zăpadă - este că toate șase ramuri lor să crească în sincronizare perfectă, creând o simetrie hexagonală, pentru că fiecare ramură se confruntă cu aceleași condiții ca toate celelalte.

Originea exactă a apei de pe planeta, care acoperă aproximativ 70 la suta din suprafata este inca un mister pentru oamenii de stiinta. Ei suspectează că orice apă care se acumulează pe suprafața planetei în timpul formării sale de 4,5 miliarde de ani, s-ar evapora din cauza căldurii intense a tânărului Soare Aceasta înseamnă că apa pe care le-am avut acum să apară mai târziu.

Cum? În timpul perioadei numite bombardament greu târziu, care a avut loc în urmă cu aproximativ 4 miliarde de ani, obiecte masive, eventual, de la alte sisteme au căzut pe Pământ și planete ale sistemului solar. Este posibil ca astfel de obiecte au fost umplute cu apă, iar aceste coliziuni pot livra pe planeta noastră cantități uriașe de această substanță.

Cometele - bucăți de gheață și roci cu cozi de evaporare gheață, se rotește pe orbite lungi în jurul soarelui - ar putea fi rămășițele a ceea ce a căzut de pe planetă. Cu toate acestea, există o problemă: studiul la distanță a evaporării apei din mai multe comete majore au relevat faptul că acestea constau dintr-un alt tip de H2O apă (conținând un izotop greu de hidrogen) decât Pământul, pentru că aceste comete nu poate fi sursa tuturor apelor noastre minunate.