Μεταβολή στον όγκο του νερού όταν παγώνει.

Στόχος του πειράματος είναι να δουν οι μαθητές την αύξηση στον όγκο του νερού όταν από υγρό μετατρέπεται σε πάγος. Το πείραμα μπορεί να γίνει στο Δημοτικό αλλά και στο Γυμνάσιο όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στη διδασκαλία της έννοιας της πυκνότητας.

Υλικά:

1. Ένα μπουκάλι κρασιού των 750μml ή γενικότερα ένα μπουκάλι γυάλινο με λαιμό.

 2. Ένα φελλό για να προσαρμοστεί στο στόμιο του μπουκαλιού.

3. Ένα μικρό κομμάτι σύρμα και

4. λίγο λάδι.

Εκτέλεση

Καρφώνουμε στο φελλό το κομμάτι το σύρμα όπως φαίνεται στην εικόνα. Aρχικά βάσουμε λίγο λάδι στο μπουκάλι  και το περιστρέφουμε γυρισμένο ώστε να λαδωθεί ο λαιμός του. Στη συνέχεια, αφού αδειάσουμε το λάδι, γεμίζουμε το μπουκάλι με νερό,  αλείφουμε με λίγο λάδι το φελλό. Τέλος  κλείνουμε το φελλό με το σύρμα στο εσωτερικό του μπουκαλιού.

Αφήνουμε το μπουκάλι  στην κατάψυξη αρκετή ώρα ώστε να παγώσει το νερό.Παρατηρούμε ότι όταν το βγάλουμε, ο φελλός έχει βγει έξω από το μπουκάλι πάνω σε μια κολόνα πάγου που έχει βγεί από το λαιμό του μπουκαλιού.

Παρατήρηση: το πιθανότερο είναι ότι το μπουκάλι θα έχει σπάσει από την πίεση που δέχεται από τον πάγο γι? αυτό το έχουμε κλείσει σε μια σακούλα από την οποία αφήνουμε να βγεί μόνο ο λαιμός του μπουκαλιού.

Εξήγηση

Ο όγκος του στερού νερού στους μηδέν βαθμούς είναι μεγαλύτερος από τον όγκο ίδιας ποσότητας υγρού νερού στην ίδια θερμοκρασία γιατί η πυκνότητα του νερού στους μηδέν βαθμούς κελσίου είναι σημαντικά μεγαλύτερη από εκείνη του πάγου της ίδιας θερμοκρασίας. Καθώς το νερό μετατρέπεται σε πάγο ο όγκος του αυξάνεται και σπρώχνει το φελλό προς τα έξω (όπως βέβαια και τα τοιχώματα του μπουκαλιού που γι? αυτό το λόγο συνήθως σπάει). Το τμήμα του νερού που είναι στα άκρα του λαιμού του μπουκαλιού θα 

Μαθηματική επεξεργασίαμετατραπεί σε στερεό και μ? αυτό τον τρόπο δημιουργείται με κολόνα πάγου που στα άκρα της είναι ο φελλός. Το σύρμα λειτουργεί σαν οδηγός και στηρίζει την κολόνα του πάγου χωρίς να σπάσει.Μπορούμε να μετρήσουμε την ύψος της στήλης του πάγου και τη διάμετρό της και να βρούμε την αύξηση του όγκου, θεωρώντας τη στήλη κυλινδρική.Στο συγκεκριμένο πείραμα που εικονίζεται το ύψος της στήλης του πάγου ήταν h=17cm και η διάμετρος της περίπου 18mm, άρα η ακτίνα 9mm.  Η αύξηση του όγκου του νερού υπολογίζεται περίπου σε ΔV=π·r²·h= 43.2ml

Δείτε παρακάτω ποια είναι η θεωρητικά αναμενόμενη τιμή.

 Υπάρχει λοιπόν συμφωνία στην τάξη μεγέθους της θεωρητικά αναμενόμενης τιμής