Топла вода
Ладна вода (од фрижидер)
Четири (или две) мали тегли или чаши со ист отвор
Две прехранбени бои или водни бои
Цврста пластифицирана хартија* или тетрапак пакување
Ножици
* корица од списание, украсно ќесе, или стари пластични карти за играње. Важно е да може да биде во контакт со вода неколку секунди без се оштети.
Исечи две парчиња хартија или тетрапак, доволно големи за да го покријат отворот на теглите. Потоа следи го видеото.
Кога топлата вода е врз ладната, водата останува во два слоја кои не се мешаат. А кога ладната вода е врз топлата, топлата вода се придвижува нагоре а ладната надоле, и тие брзо се измешуваат. Значи топлата вода плови врз ладната вода, а ладната вода тоне во топлата вода. Ова се случува затоа што топлата вода има помала густина од ладната вода. Тоа значи дека тегла топла вода е полесна од тегла ладна вода. Исто како што тегла полна морска пена е полесна од тегла вода, па морската пена плови во вода.
Што ќе се случи ако го направиш истиот експеримент со солена и чиста, наместо ладна и топла вода? А со топла солена и ладна чиста вода? А со сок и вода?
Дали нешто плови или тоне зависи од неговата густина, и од густината на течноста во која се наоѓа. Нештата со поголема густина од таа на течноста тонат, тие со помала густина пловат. Ова важи и за течностите, па така медот, кој е погуст од водата, тоне во вода, а маслото за готвење плови во вода. Истото важи и за вода врз вода: топлата вода има помала густина од ладната вода, и затоа топлата вода плови врз ладната. Но зошто постои ова разлика во густината?
Сите течности, па и водата се направени од мaли честички кои се викаат молекули. Молекулите на водата имаат нееднакво распореден полнеж: кислородот има малку негативен полнеж, а водородот малку позитивен полнеж. Бидејќи позитивниот и негативниот полнеж се привлекуваат, молекулите на водата можат да се привлекуваат меѓу себе. Ако не знаеш што е полнеж, замисли ги молекулите на вода како мали магнети кои се движат и се вртат така што се привлекуваат едни со други.
Кога водата е топла, молекулите се движат повеќе, па пократко време остануваат во положба во која се привлекуваат со други молекули. А ако има помалку привлечни сили помеѓу молекулите, тие малку се оддалечуваат едни од други. Значи во водата од фрижидер молекулите се позбиени едни до други, или погусти, паа таа има поголема густина. Разликата во густината е мала, околу 1%, но тоа е доволно за топлата вода да плови врз ладната вода.
Разлика помеѓу ладна и топла вода. Една молекула на вода е составена од атом на кислород (во црвено) и два атоми на водород (во бело). Овде претставивме само неколку молекули, но во една тегла вода вусшност има повеќе од милијрда милијарди молекули, а тие се толку мали што е невозможно да се видат. Во ладната вода (лево) молекулите се многу понеподвижни, позбиени, и повеќе се привлекуваат едни со други отколку во топлата вода (десно). Затоа е ладната вода погуста од топлата.
Значи, поладна вода е погуста од потопла вода, така? Понекогаш да, но не секогаш. Всушност, водата е најгуста на 4°C. Така, ако споредуваме вода на 1°C и 4°C, тогаш потоплата вода ќе биде погуста! Ова однесување е необично: вообичаено течностите стануваат погусти кога температурата опаѓа. Затоа намалувањето на густината на водата кога температурата паѓа под 4°C се вика аномалија на водата. Причина за ова се водородните врски помеѓу молекулите на водата: кога температурата станува многу ниска молекулите не се движат многу, па кога ќе формираат водородна врска, заглавуваат во таа врска подолго време. А позицијата во која две или повеќе молекули се заглавени не секогаш е онаа во која зафаќаат најмалку место. Така помеѓу молекулите останува празен простор и водата има помала густина.
Кога водата ќе се излади до 0°C и ќе замрзне, молекулите се редат во структура во која има уште повеќе празен празен простор - значи има уште помала густина. Токму затоа мразот плови во водата, и водата замрзнува одозгора надолу. Значи благодарение на аномалијата на водата, езерата замрзнуваат одозгора надолу. Ако езерото е доволно длабоко, може да биде замрзнато само на површината а на дното да има вода со температура 4°C, во која преживуваат растенијата и рибите.
Температура на водата во езеро. Во лето, водата на површината има температура од 15°C, а кога се движиме надолу водата е поладна и поладна, сѐ додека не стигнеме до густата вода со температура 4°C. Во зима површината е замрзната и има температура 0°C, кога одиме надолу водата е сѐ потопла и потопла, а на дното е густата вода со температура 4°C.
Разликата во температура и соленоста на водата прави да постојат струи на вода во океаните. Океанските струи пренесуваат огромна количина на вода. Замисли ги како реки кои течат низ океанот: тие може да бидат на површината или длабоко во океанот, потопли или поладни, и со поголема или помала концентрација на сол од океанот. Поради различната густина на водата од струјата и таа на океанот, двете води остануваат разделени и струјата тече низ океанот без да се измеша со него. Баш како што топлата и ладната вода од овој експеримент не се мешаат ако топлата вода е врз ладната. Една таква струја е Голфската струја, која носи топла вода и воздух од Екваторот накај Европа. Без неа, темпертурата во Европа би била 5-10°C пониска, а нашиот живот многу поразличен.
Воздухот се состои од молекули, исто како водата, но молекулите на воздухот се движат многу брзо и се судираат со нивната околина. Овие удари прават воздухот да притиска на сѐ околу нив, што е причината за атмосферскиот притисок. Силата од атмосферскиот притисок дејствува врз сите површини кои се во контакт со воздухот. Така, кога парчето хартија го држиме во воздухот, двете негови страни се подложни на атмосферски притисок. Но кога ќе го притиснеме парчето хартија врз водата и тоа ќе се залепи за неа, само една страна - таа која е во контакт со воздухот - ќе биде подложена на атмосферски притисок.
Кога ја превртуваме чашата силата на гравитција ги влече влече водата и хартијата надоле, но силата од атмосферскиот притисок, т.е. силата од молекулите на воздухот кои удараат во парчето хартија ја турка хартијата, а со тоа и водата, нагоре. Силата на атмосферскиот притисок е доволно голема за да ѝ се спротивстави на гравитационата сила и водата да не протече.
Илустрација на атмосферскиот притисок. Лево: молекулите на воздухот се движат и се судираат со сѐ околу нив. Десно: атмосферскиот притисок ја турка хартијта нагоре, со што ѝ се спротивставува на тежината на водата која ја турка хартијата надоле.
Сподели го експериментот