Vì sao đôi khi một gai băng mọc lên khỏi khay nước đang đông?
Khoa học tự nhiên 8 – phần Vật lý • Khám phá mở rộng
Một gai băng có thể mọc khi nước đang đông bị đẩy lên qua một lỗ còn mở trên lớp băng, rồi đóng băng quanh mép lỗ thành một ống nhỏ. Nước tiếp tục được cấp lên đầu ống có thể làm nó dài ra. Đây là mô hình giải thích các gai băng nhỏ đã được khảo sát trong thí nghiệm. [1][2]
Lớp mặt đóng trước chưa có nghĩa bên dưới đã đông hết
Một khay nước có thể hình thành lớp băng trên mặt trong khi phần dưới vẫn còn lỏng. Nước tăng thể tích khi chuyển thành băng thông thường; nếu một phần chất lỏng còn đường thoát thích hợp, sự đông tiếp diễn có thể đẩy nó qua lỗ còn lại. [1]
Hình dung một lớp mặt gần kín và một điểm còn mở giúp hiểu hướng mọc lên. Không có một chiếc rễ băng kéo nước khỏi khay; quá trình chuyển thể cùng hình học của đường thoát tạo nên hình dạng.
Mép đông, giữa vẫn đưa nước lên
Nước ở mép giọt nhô ra có thể đông lại trước, tạo thành vòng băng. Nếu phần giữa còn lỏng và được cấp nước, vòng tiếp theo có thể hình thành cao hơn. Kết quả là một ống băng dài dần, dù nhìn bên ngoài nó giống một chiếc gai đặc. [1][2]
Ống chỉ tiếp tục lớn khi việc cấp nước và việc đóng băng phối hợp phù hợp. Nếu ống bị đóng kín hoặc nguồn nước lỏng hết, quá trình dừng. Vì thế, “nước nở khi đông” là một phần quan trọng nhưng chưa giải thích được mọi chi tiết nếu thiếu điều kiện tạo ống.
Nhiệt độ, chuyển động không khí và chất hòa tan đều tham gia
Trong khảo sát của Libbrecht và Lui, khả năng tạo gai thay đổi theo điều kiện làm lạnh, dòng không khí, lượng muối hòa tan và vật chứa. Không nên lấy một lần có gai để khẳng định mọi khay sẽ tạo cùng hình. [2]
Gai băng này cũng khác tinh thể tuyết lớn lên từ hơi nước trong không khí. Cả hai đều là băng, nhưng một bên khai thác nước lỏng bị đẩy qua đường hẹp, một bên phát triển tinh thể qua trao đổi với hơi.
Điều thú vị là một lỗ rất nhỏ và thứ tự đóng băng có thể biến quá trình tưởng như chỉ làm một khối nước cứng lại thành một hình dạng bất ngờ.
Kết nối với bài học
Bài học nền tảng: Sự nở vì nhiệt.
Đọc thêm: Chất rắn nóng lên nở ra khác nhau thế nào.
Chương trình Khoa học tự nhiên 8 – phần Vật lý · Trợ lý AI Ước Mơ Lớn.