Magiczne krojenie kostki lodu

Czy twoje dziecko lubi rzucanie śnieżkami, uprawianie łyżwiarstwa albo lepienie bałwanka ze śniegu? Większość rodziców najpewniej odpowie na takie pytanie pozytywnie. A czy dziecko pytało cię kiedyś o to, dlaczego łyżwy ślizgają się po lodzie? Dlaczego, kiedy twoje dziecko bierze do rąk śnieg i nieco go ściska to tworzy się prawie bryłka lodu? Lub dlaczego bałwanek ze śniegu się nie rozpada?

W podstawie tych wszystkich zjawisk leży prosta fizyczna prawidłowość, zgodnie z którą przy wzroście ciśnienia obniża się temperatura topnienia lodu.

Tę zasadę właśnie zilustrujemy dzisiaj, przeprowadzając zaproponowane doświadczenie. Przyśpieszymy proces topnienia lodu za pomocą ciśnienia i rozkroimy kostkę lodu praktycznie w magiczny sposób. Dlaczego magiczny? Dlatego, że linia krojenia będzie całkiem niezauważalna!

Więc, czego będziesz potrzebował:

• Jedna kostka lodu.
• Kawałek żyłki wędkarskiej z ciężarkami na każdym końcu (im cięższe, tym lepiej).
• Pojemnik.
• Jakakolwiek podstawka albo talerz, aby nie wylewała się woda.

Przebieg działania:

• 1. Przewróć pojemnik do góry dnem i ustaw jego na podstawce.
• 2. Postaw kostkę lodu na pojemniku.
• 3. Połóż żyłkę wędkarską na kostkę lodu w taki sposób, aby ciężarki zwisały po bokach pojemnika.
• 4. Obserwuj około 5 minut.

Co się dzieje?

Ciężar dwóch ciężarków ciągnie żyłkę wędkarską przez kostkę lodu i przy tym odbywa się potnienie lodu bezpośrednio pod żyłką. Jest to podobne do łyżwiarstwa figurowego, gdzie krawędź łyżwy zawodnika roztapia lód pod sobą, co umożliwia łyżwiarzowi płynne ślizganie się po cienkiej warstwie wody.

Magia polega na tym, że napięta żyłka wędkarska kroi lód, ale linii przecięcia zobaczyć niemożliwie: lód nad żyłką pozostaje absolutnie nieuszkodzony. I co tutaj się dzieje?

Lód topnieje tylko w tym miejscu, gdzie na jego powierzchnię wywierane jest mocne ciśnienie. Żyłka z wiszącymi na niej ciężarkami naciska na lód, który jest położony pod nią, wskutek czego lód w tych miejscach topnieje.

Żyłka zanurza się jeszcze głębiej, tworząc dookoła siebie cienką warstwę wody, a ta woda, która okazuje się z góry, ponownie zamarza, ponieważ na nią już nic nie naciska. Kiedy żyłka już przerznie całą kostkę lodu, szew od tego będzie już praktycznie niezauważalny – kostka pozostanie prawie nieuszkodzona.

Tak się dzieje, bo w miejscu nacisku żyłki lód potrafi się topić przy niższej temperaturze. Na przykład, jeśli kostka lodu posiada temperaturę – 4°C, a ciśnienie żyłki obniża temperaturę topnienia lodu ze zwykłego 0°C więcej niż o 4 stopnie, to lód po prostu nie może się nie topić.

Analogiczne procesy możemy zauważyć w przypadku rzucania śnieżkami – mocno ściskając śnieżynki w ręku, dziecko obniża temperaturę ich topnienia i one zamarzają pod wpływem ciśnienia jego ręki do stanu prawie lodowej bryłki. To samo dzieje się w trakcie lepienia śniegowego bałwanka: śnieżynki w środku zamarzają pod wpływem ciężaru dużej kuli.

W taki sposób określiliśmy, że temperatura topnienia lodu zależy od ciśnienia. Im większe ciśnienie jest wywierane na lód, tym niższa temperatura jest potrzebna do jego topnienia.

Uwaga: przy wysokim ciśnieniu (ponad 2000 atmosfer) można też obserwować prawidłowość odwrotną – sieć krystaliczna lodu przekształca się, lód robi się szczelniejszy od wody i przy wzroście ciśnienia temperatura jego topnienia też zaczyna wzrastać (reguła przekory).