Tentang pertanyaan tentang kehidupan di stasiun drifting. Kami terus mendiskusikan bagaimana penjelajah kutub hidup di wilayah Utara yang keras
Balok es di kutub dan gunung es hanyut di lautan, dan bahkan dalam minuman pun es tersebut tidak pernah tenggelam ke dasar. Kita dapat menyimpulkan bahwa es tidak tenggelam di dalam air. Mengapa? Jika dipikir-pikir, pertanyaan ini mungkin tampak sedikit aneh, karena es itu padat dan - secara intuitif - seharusnya lebih berat daripada cair. Meskipun pernyataan ini berlaku untuk sebagian besar zat, air merupakan pengecualian. Yang membedakan air dan es adalah ikatan hidrogen yang membuat es lebih ringan dalam keadaan padat dibandingkan ketika dalam keadaan cair.
Pertanyaan ilmiah: mengapa es tidak tenggelam di dalam air?
Bayangkan kita berada dalam pelajaran berjudul “Dunia di sekitar kita” di kelas 3 SD. “Mengapa es di dalam air tidak tenggelam?” tanya guru kepada anak-anak. Dan anak-anak, tanpa pengetahuan mendalam tentang fisika, mulai berpikir. “Mungkin ini ajaib?” - kata salah satu anak.
Memang benar, es tersebut sangat luar biasa. Praktis tidak ada bahan alami lain yang, dalam keadaan padat, dapat mengapung di permukaan cairan. Inilah salah satu sifat yang membuat air menjadi zat yang tidak biasa dan, sejujurnya, inilah yang mengubah jalur evolusi planet.
Ada beberapa planet yang mengandung hidrokarbon cair dalam jumlah besar seperti amonia - namun, ketika bahan ini membeku, ia akan tenggelam ke dasar. Alasan mengapa es tidak tenggelam di dalam air adalah karena ketika air membeku, ia mengembang dan kepadatannya berkurang. Menariknya, perluasan es dapat memecahkan batu - proses glasiasi air sangatlah tidak biasa.
Secara ilmiah, proses pembekuan menyebabkan siklus pelapukan yang cepat dan bahan kimia tertentu yang dilepaskan ke permukaan dapat melarutkan mineral. Secara umum, pembekuan air melibatkan proses dan kemungkinan yang tidak ditunjukkan oleh sifat fisik cairan lain.
Kepadatan es dan air
Jadi, jawaban atas pertanyaan mengapa es tidak tenggelam di dalam air tetapi mengapung di permukaan adalah karena es memiliki massa jenis yang lebih rendah daripada es cair - tetapi ini adalah jawaban tingkat pertama. Untuk lebih memahaminya, Anda perlu mengetahui mengapa es memiliki kepadatan yang rendah, mengapa benda-benda mengapung, dan bagaimana kepadatan menyebabkan mengapung.
Mari kita ingat Archimedes yang jenius dari Yunani, yang menemukan bahwa setelah suatu benda tertentu direndam dalam air, volume air bertambah dengan jumlah yang sama dengan volume benda yang direndam. Dengan kata lain, jika Anda meletakkan piring yang dalam di atas permukaan air dan kemudian meletakkan benda berat di dalamnya, volume air yang dituangkan ke dalam piring tersebut akan sama persis dengan volume benda tersebut. Tidak menjadi masalah apakah benda itu terendam seluruhnya atau sebagian.
Sifat-sifat air
Air merupakan zat luar biasa yang terutama menyuburkan kehidupan di bumi, karena setiap organisme hidup membutuhkannya. Salah satu sifat terpenting air adalah kepadatan tertingginya pada suhu 4°C. Jadi, air panas atau es kurang padat dibandingkan air dingin. Zat dengan massa jenis yang lebih kecil akan mengapung di atas zat yang massa jenisnya lebih padat.
Misalnya, saat menyiapkan salad, Anda mungkin memperhatikan ada minyak di permukaan cuka - hal ini dapat dijelaskan karena kepadatannya lebih rendah. Hukum yang sama juga berlaku untuk menjelaskan mengapa es tidak tenggelam dalam air, namun tenggelam dalam bensin dan minyak tanah. Hanya saja kedua zat ini memiliki massa jenis yang lebih rendah dibandingkan es. Jadi, jika bola tiup dilempar ke dalam kolam, bola tersebut akan mengapung di permukaan, tetapi jika Anda melempar batu ke dalam air, bola tersebut akan tenggelam ke dasar.
Perubahan apa yang terjadi pada air ketika membeku?
Alasan mengapa es tidak tenggelam dalam air adalah karena ikatan hidrogen yang berubah ketika air membeku. Seperti yang Anda ketahui, air terdiri dari satu atom oksigen dan dua atom hidrogen. Mereka terikat oleh ikatan kovalen yang sangat kuat. Namun, jenis ikatan lain yang terbentuk antara molekul berbeda, yang disebut ikatan hidrogen, lebih lemah. Ikatan ini terbentuk karena atom hidrogen yang bermuatan positif tertarik ke atom oksigen yang bermuatan negatif dari molekul air di sekitarnya.
Saat air hangat, molekul-molekulnya sangat aktif, banyak bergerak, dan dengan cepat membentuk serta memutus ikatan dengan molekul air lainnya. Mereka memiliki energi untuk mendekat satu sama lain dan bergerak cepat. Lalu mengapa es tidak tenggelam di dalam air? Kimia menyembunyikan jawabannya.
Fisika-kimia es
Ketika suhu air turun di bawah 4°C, energi kinetik cairan berkurang, sehingga molekul-molekulnya tidak lagi bergerak. Mereka tidak memiliki energi untuk bergerak dan memutuskan serta membentuk ikatan semudah pada suhu tinggi. Sebaliknya, mereka membentuk lebih banyak ikatan hidrogen dengan molekul air lainnya untuk membentuk struktur kisi heksagonal.
Mereka membentuk struktur ini untuk menjauhkan molekul oksigen bermuatan negatif satu sama lain. Di tengah segi enam yang terbentuk akibat aktivitas molekul, terdapat banyak rongga.
Es tenggelam di air - alasan
Es sebenarnya 9% lebih padat dibandingkan air cair. Oleh karena itu, es memakan lebih banyak ruang daripada air. Secara praktis, hal ini masuk akal karena es mengembang. Inilah sebabnya mengapa tidak disarankan untuk membekukan botol kaca berisi air - air yang membeku dapat menyebabkan retakan besar bahkan pada beton. Jika Anda memiliki sebotol es liter dan sebotol air liter, maka botol air es akan lebih ringan. Jarak molekul-molekul pada titik ini lebih jauh dibandingkan saat zat berada dalam keadaan cair. Inilah sebabnya mengapa es tidak tenggelam di dalam air.
Saat es mencair, struktur kristal yang stabil terurai dan menjadi lebih padat. Ketika air memanas hingga 4°C, air memperoleh energi dan molekul-molekulnya bergerak lebih cepat dan lebih jauh. Inilah sebabnya mengapa air panas memakan lebih banyak ruang daripada air dingin dan mengapung di atas air dingin – kepadatannya berkurang. Ingat, saat berada di danau sambil berenang, lapisan atas air selalu terasa nyaman dan hangat, namun saat Anda mencelupkan kaki lebih dalam, Anda merasakan dinginnya lapisan bawah.
Pentingnya proses dalam berfungsinya planet ini
Terlepas dari kenyataan bahwa pertanyaan “Mengapa es tidak tenggelam dalam air?” untuk kelas 3, sangat penting untuk memahami mengapa proses ini terjadi dan apa artinya bagi planet ini. Oleh karena itu, daya apung es mempunyai konsekuensi penting bagi kehidupan di Bumi. di musim dingin di tempat yang dingin - hal ini memungkinkan ikan dan hewan air lainnya bertahan hidup di bawah selimut es. Jika dasar danau membeku, kemungkinan besar seluruh danau akan membeku.
Dalam kondisi seperti itu, tidak ada satu organisme pun yang akan tetap hidup.
Jika massa jenis es lebih tinggi daripada massa jenis air, maka es di lautan akan tenggelam, dan lapisan es, yang dalam hal ini berada di dasar, tidak akan memungkinkan siapa pun untuk tinggal di sana. Dasar lautan akan penuh dengan es - dan apa jadinya semua itu? Es di kutub antara lain penting karena memantulkan cahaya dan mencegah planet bumi dari panas berlebih.
Subjek: Samudra Arktik .
Tujuan pelajaran: Membentuk konsep Samudra Arktik sebagai komunitas alami.
Pendidikan: Pembentukan pengetahuan tentang sifat Samudra Arktik:Mengenal penghuni Samudera Arktik, mampu menjelaskan ciri-ciri adaptasi makhluk hidup yang hidup di Samudera Arktik.
Pendidikan: Mengembangkan keterampilan bekerja dengan informasi (memprosesnya dengan berbagai cara, kritis terhadap informasi), mengembangkan kemampuan bicara dan memori.Menentukan topik dan tujuan pelajaran; menerima informasi dari berbagai sumber;
menganalisis teks yang Anda baca.
Pendidikan: menumbuhkan rasa ingin tahu, minat terhadap mata pelajaran, memperluas wawasan siswa, mengembangkan keinginan untuk mempelajari hal-hal baru,dengarkan jawaban rekanmu; mendengarkan dan memahami pembicaraan guru.
Peralatan: presentasi elektronik,buku teks, peta zona alami Rusia, kamus.
Selama kelas
SAYA . Waktu pengorganisasian.
Hallo teman-teman. Kami memiliki tamu dalam pelajaran kami. Mari kita sambut mereka.
Dunia sekitar kita
Menarik untuk diketahui
Rahasia dan misterinya
Apakah Anda siap untuk menyelesaikannya?
Memeriksa pekerjaan rumah.
2. Memperbarui pengetahuan
Tebak teka-tekinya:
Terdiri dari lautan.
Baiklah, cepat jawab.
Ini bukan segelas air,
Ah, besar sekali... lautan
Ada banyak perairan yang berbeda di permukaan bumi. Menurut Anda, perairan manakah yang paling luas? (laut)
Membacadalam kamus tentang apa itulaut.
(Lautan adalah bagian dari Samudra Dunia yang terletak di antara benua)
Berapa banyak lautan yang ada di bumi? (4) Bekerja dengan peta dunia.
Manakah yang terbesar? Yang mana yang kecil?
Seberapa dalam? Yang mana yang tidak terlalu dalam?
Laut manakah yang paling hangat? Yang mana yang paling dingin?
Apakah ada kehidupan di lautan?
Dan dalam cuaca dingin?
Hari ini kita akan melihat ke lautan yang dingin ini.
2. Kerjakan topik pelajaran.
Menurut Anda, pada kondisi iklim apa Samudera Arktik berada?
Ya, di sana sangat dingin. Baik flora maupun fauna harus beradaptasi dengan kondisi kehidupan yang keras.
Jika kita pergi ke Utara dalam waktu yang sangat lama, tanpa berbelok atau menyimpang kemana-mana, maka kita akan sampai di Kutub Utara. Wilayah bumi ini telah lama disebut Arktik - dari kata Yunani arkticos - utara, sebagaimana orang Yunani kuno menyebut konstelasi Ursa Major yang terletak di bagian utara langit.
Hari ini di kelas kita mengadakan pertemuan lain dari klub “Kita dan dunia di sekitar kita.” Kami mendedikasikannya untuk studi tentang Samudra Arktik. Kami akan membagi menjadi 4 kelompok: ahli geografi, ahli biologi, ahli zoologi dan ahli ekologi. Pertemuan klub kami akan diadakan sesuai rencana: (di papan)
Lokasi Samudra Arktik dan ciri-ciri alam mati (kelompok ahli geografi).
Tumbuhan di Samudra Arktik (kelompok ahli biologi).
Hewan di Samudra Arktik (kelompok ahli zoologi).
Arktik dan manusia (kelompok ahli ekologi).
Kami memberikan penjelasan kepada sekelompok ahli geografi.
Lokasi dan ciri-ciri alam mati
Samudra Arktik adalah lautan terdingin di dunia. Sebagian besar permukaan laut dan pulau-pulaunya sepanjang tahun tertutup es multi-tahun dengan ketebalan hingga 5 meter. Hanya di beberapa tempat di pulau-pulau tersebut tidak ada es, tetapi bahkan di sini tanahnya membeku hingga kedalaman beberapa meter. Tanah tidak terbentuk di pulau-pulau tersebut.
Sifat Samudra Arktik sangat keras. Di musim dingin ada MALAM KUTUB. Pada pertengahan Oktober hingga Februari matahari tidak terlihat sama sekali. Angin kencang bertiup, badai salju melanda selama berminggu-minggu, dan suhu udara seringkali turun hingga -60°C. Selama malam kutub, Anda dapat mengamati salah satu fenomena alam yang paling menakjubkan - CAHAYA UTARA. Saksi mata mengatakan bahwa aurora tampak seperti tirai aneh yang bergoyang di langit gelap. Tirai terbagi menjadi garis-garis bercahaya multi-warna, bersinar dengan warna pelangi yang murni.
Di musim panas ada HARI KUTUB di SLO. Selama beberapa bulan ada cahaya 24 jam sehari. Namun matahari terbit rendah di atas cakrawala, dan suhu jarang naik di atas 3-4°C. Oleh karena itu, bahkan selama hari kutub yang panjang, es yang berusia berabad-abad tidak punya waktu untuk mencair.
menit fisik .
Tiga beruang sedang berjalan pulang.
Ayah itu besar, besar.
Ibu sedikit lebih pendek.
Ya, anakku masih bayi kecil.
Dia sangat kecil
Dia berjalan berkeliling dengan mainan kerincingan.
Mari kita berikan penjelasan kepada sekelompok ahli biologi.
Tanaman
Hanya tanaman yang tahan dan bersahaja yang dapat mentolerir kondisi alam yang keras. Area yang luas ditempati oleh penempatan batu. Hampir tidak ada tanah. Di musim panas, salju mencair di beberapa tempat dan bebatuan terlihat. Di sanalah LICHEN tumbuh, tampak seperti sampah abu-abu. Lumut adalah organisme yang menakjubkan. Sebagian besar lumut terdiri dari tabung tipis berwarna putih atau tidak berwarna. Ini adalah benang jamur. Setiap tubuh jamur terdiri dari tabung-tabung tersebut. Dan di antara tabung jamur ada bola zamrud. Ini adalah alga kecil. MONSTER - seperti semua lumut, terdiri dari dua organisme - jamur dan ganggang, digabungkan menjadi satu. Saat basah, lumut lembut dan elastis. Namun setelah dikeringkan menjadi rapuh dan mudah hancur. Remah-remah terkecilnya mudah terbawa angin dan mampu berakar. Beginilah cara lumut berkembang biak. Lumut rusa merupakan makanan utama rusa kutub. Rusa pasti menemukannya melalui penciuman bahkan di musim dingin di bawah salju.
Di wilayah selatan lautan, di sana-sini Anda dapat menemukan POLAR POPPIES dan POLAR WILLOWS yang menjalar. Mereka mudah disalahartikan sebagai tumbuhan perdu, karena tingginya hanya 5-10 sentimeter.
Mari kita berikan penjelasan kepada sekelompok ahli zoologi.
Hewan
Walrus dan anjing laut dicegah agar tidak membeku karena lapisan lemak subkutan yang tebal. Walrus adalah kerabat dekat anjing laut, besar dan kuat, dan hanya sedikit orang yang berani menyerang mereka. Mereka memiliki dua taring panjang, yang mereka gunakan dalam perkelahian dan untuk keluar dari air menuju es untuk beristirahat. Walrus memiliki bibir yang kuat sehingga mereka dapat menghisap kerang yang dapat dimakan dari cangkangnya. Seekor walrus bisa makan 3.000 kerang dalam sehari.
BERUANG KUTUB memiliki bulu tebal yang mampu menahan panas dengan baik. Raksasa Arktik berkeliaran di gurun bersalju selama berhari-hari untuk mencari mangsa. Dia bisa berbaring di dekat lubang es selama berjam-jam, menunggu anjing laut muncul untuk mencari udara segar. Beruang kutub (kutub) adalah hewan terbesar dan terkuat di Samudra Arktik; tidak ada yang menyerang mereka. Di tengah musim dingin, anak-anaknya lahir di sarang bersalju. Sang ibu memberi mereka susu, tetapi tidak makan apa pun sampai cuaca cukup hangat untuk dia pergi berburu. Beruang kutub memiliki indra penciuman yang sangat baik dan dapat berlari melintasi es dengan sangat cepat, mengejar mangsa. Mereka berenang dan menyelam dengan baik. Di musim panas mereka memakan rumput, lumut, blueberry, dan lemming.
Di pantai berbatu terdapat koloni burung. Banyak burung laut bersarang di sini: puffin, guillemots, puffin, dan berbagai jenis burung camar. Angsa dan bebek hidup di sepanjang pantai. Di antara mereka, yang paling terkenal adalah eider, yang bulunya lembut dan hangat. Beberapa hewan dapat hidup sepanjang tahun di Samudera Arktik. Hewan lain mengunjungi tempat ini hanya di musim panas, saat es mencair dan laut bersih dari es. Tumbuhan yang tumbuh di musim panas merupakan sumber makanan utama bagi banyak hewan.
Adaptasi apa yang mereka miliki terhadap kondisi kehidupan ini?
Mari kita ambil salah satu spesies hewan dan pindahkan ke kita.
Misalnya: Bisakah beruang kutub hidup dalam kondisi kita?
Mengapa tidak?
Bekerja dengan buku
- Teman-teman, dengarkan. Sekarang saya akan mengajukan pertanyaan kepada Anda, dan Anda harus menjawabnya.
Mari kita lihat siapa di antara Anda yang paling perhatian dan aktif.
Penjelajah kutub manakah yang Anda ingat?
Apa yang dipikirkan para penjelajah kutub sebelumnya?
Hal baru apa yang Anda pelajari?
Apa yang ada di "Puncak Bumi"?
Saat ini, peralatan apa yang digunakan untuk mempelajari lautan?
Sepatah kata dari para aktivis lingkungan hidup kita.
lambat dan manusia .
Tidak ada pemukiman manusia permanen di Samudra Arktik. Namun, banyak orang yang tinggal di sini. Rute terpendek dari Atlantik ke Pasifik melewati Samudra Arktik. Oleh karena itu, karavan kapal dagang secara teratur bergerak di sepanjang Rute Laut Utara, dengan kapal pemecah es yang kuat membuka jalan menembus es.
Ada banyak stasiun ilmiah di pulau-pulau dan di es Samudra Arktik. Di sini penjelajah kutub mengamati cuaca, mempelajari di mana es yang terapung di lautan, dan menjelajahi alam di Utara. Data yang mereka kumpulkan membantu mereka menavigasi es dan membantu ahli meteorologi membuat prakiraan cuaca.
Di lautan Samudra Arktik, orang-orang melakukan penangkapan ikan dan berburu. Sayangnya, karena semakin banyak manusia yang menjelajahi Samudra Arktik, alamnya terancam. Hewan sepertiberuang kutub, walrus, paus kepala busur, angsa putih, musk ox.
Untuk melindungi hewan langka ini, cagar alam telah dibuat di Semenanjung Taimyr dan Pulau Wrangel.
Berdasarkan flora dan fauna, apa yang dapat dilakukan manusia?
Meski dingin, kita membutuhkan Samudra Arktik.
Pekerjaan kosakata
Apa itu cadangan?
Buka kamus dan temukan apa itu cadangan?
menit fisik .
Pergerakan lagu tentang penguin
4. Konsolidasi apa yang telah dipelajari.
a) survei frontal:
Bandingkan kondisi alam daerah Anda dengan kondisi alam Arktik.
Tumbuhan dan hewan apa yang menjadi ciri khas zona Arktik?
Mengapa orang sudah lama menjelajahi Arktik?
Tindakan apa yang diambil masyarakat untuk melindungi alam di wilayah utara?
Mengapa hewan pemakan laut mendominasi hewan Arktik?
b) rangkaian daya:
Alga – krustasea – ikan – burung
Alga – krustasea – ikan – anjing laut
Ikan – anjing laut – beruang kutub
c) Isilah tabel ekspedisi hari ini (saling memeriksa berpasangan)
Arktik - kerajaan salju dan es
Posisi geografis
Samudra Arktik, laut utara, pulau-pulau
Penerangan
Siang kutub dan malam kutub, Cahaya Utara
Tumbuhan dan Hewan
Lumut, lumut, poppy kutub, lingonberry, cloudberry, krustasea, ikan, auk, beruang kutub, walrus, anjing laut
Aktifitas manusia
Stasiun ilmiah, Rute Laut Utara, memancing, berburu
d) memecahkan teka-teki silang: (di papan)
Solusi teka-teki silang "SLO".
Jika Anda menebak teka-teki silang dengan benar, Anda akan membaca kata yang berada di tengah.
Pertanyaan.
1. Burung-burung ini berkumpul di musim panas di pantai berbatu di “koloni burung” yang berisik; mereka suka berpesta ikan.
2. Kerabat dekat anjing laut.
3. Burung yang bertelur langsung di tepian batu yang gundul.
4. Beruang kutub suka memburunya.
5. Tumbuhan paling umum di daerah kutub.
6. Penghuni lautan dan samudera terbesar.
7. Penghuni kecil laut yang menjadi makanan ikan.
Jawaban. 1. Burung Camar. 2. Walrus. 3. Guillemot. 4. Segel. 5. Lumut. 6. Paus 7. Crustacea.
Apa yang kita pelajari di kelas? (Bekerja dengan teks; bekerja berpasangan, temukan informasi yang diperlukan)
Apa yang telah kamu pelajari?
5.Pekerjaan rumah. Siapkan cerita tentang penghuni Samudra Arktik.
Semua orang tahu bahwa es adalah air beku, atau lebih tepatnya, es berada dalam keadaan agregasi padat. Tetapi Mengapa es tidak tenggelam di dalam air, melainkan mengapung di permukaannya?
Air adalah zat yang tidak biasa dengan sifat yang langka, bahkan tidak wajar. Di alam, sebagian besar zat memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Misalnya, air raksa dalam termometer naik melalui tabung sempit dan menunjukkan peningkatan suhu. Karena merkuri membeku pada suhu -39ºC, merkuri tidak cocok untuk termometer yang digunakan di lingkungan bersuhu keras.
Air juga memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan. Namun, dalam rentang pendinginan dari sekitar +4 ºC hingga 0 ºC ia mengembang. Inilah sebabnya mengapa pipa air bisa pecah di musim dingin jika air di dalamnya membeku dan terbentuk banyak es. Tekanan es pada dinding pipa cukup menyebabkan pecah.
Perluasan air
Karena air memuai ketika didinginkan, massa jenis es (yaitu bentuk padatnya) lebih kecil dibandingkan massa jenis air cair. Dengan kata lain, berat es dengan volume tertentu lebih kecil dari volume air yang sama. Hal ini tercermin dari rumus m = ρV, dimana V adalah volume benda, m adalah massa benda, ρ adalah massa jenis zat. Terdapat hubungan berbanding terbalik antara massa jenis dan volume (V = m/ρ), yaitu dengan bertambahnya volume (saat air mendingin), massa yang sama akan memiliki massa jenis yang lebih rendah. Sifat air ini menyebabkan terbentuknya es di permukaan waduk - kolam dan danau.
Misalkan massa jenis air adalah 1. Maka es tersebut mempunyai massa jenis 0,91. Berkat gambar tersebut, kita bisa mengetahui ketebalan gumpalan es terapung yang mengapung di atas air. Misalnya, jika gumpalan es yang terapung mempunyai ketinggian 2 cm di atas air, maka kita dapat menyimpulkan bahwa lapisan bawah airnya 9 kali lebih tebal (yaitu 18 cm), dan ketebalan seluruh gumpalan es yang terapung adalah 20 cm.
Di wilayah Kutub Utara dan Selatan Bumi, air membeku dan membentuk gunung es. Beberapa gunung es terapung ini berukuran sangat besar. Gunung es terbesar yang diketahui manusia dianggap memiliki luas permukaan 31.000 meter persegi. kilometer, yang ditemukan pada tahun 1956 di Samudera Pasifik.
Bagaimana air dalam keadaan padat meningkatkan volumenya? Dengan mengubah strukturnya. Para ilmuwan telah membuktikan bahwa es memiliki struktur kerawang dengan rongga dan rongga, yang bila dicairkan akan diisi dengan molekul air.
Pengalaman menunjukkan bahwa titik beku air menurun seiring dengan meningkatnya tekanan sekitar satu derajat untuk setiap 130 atmosfer.
Diketahui bahwa di lautan yang sangat dalam, suhu air di bawah 0 ºС, namun tidak membeku. Hal ini dijelaskan oleh tekanan yang diciptakan oleh lapisan atas air. Lapisan air setebal satu kilometer menekan dengan kekuatan sekitar 100 atmosfer.
Perbandingan massa jenis air dan es
Bisakah massa jenis air lebih kecil dari massa jenis es dan apakah ini berarti ia akan tenggelam di dalamnya? Jawaban atas pertanyaan ini adalah ya, yang mudah dibuktikan dengan percobaan berikut.
Mari kita ambil dari freezer yang suhunya -5 ºС, sepotong es seukuran sepertiga gelas atau lebih. Mari kita masukkan ke dalam ember berisi air dengan suhu +20 ºС. Apa yang kita amati? Es dengan cepat tenggelam dan tenggelam, secara bertahap mulai mencair. Hal ini terjadi karena air pada suhu +20 ºС memiliki massa jenis yang lebih rendah dibandingkan es pada suhu -5 ºС.
Ada modifikasi es (pada suhu dan tekanan tinggi), yang karena kepadatannya lebih besar, akan tenggelam di dalam air. Kita berbicara tentang apa yang disebut es “berat” - deuterium dan tritium (jenuh dengan hidrogen berat dan superberat). Meskipun terdapat rongga yang sama seperti pada es protium, ia akan tenggelam dalam air. Berbeda dengan es “berat”, es protium tidak mengandung isotop hidrogen berat dan mengandung 16 miligram kalsium per liter cairan. Proses pembuatannya melibatkan pemurnian dari kotoran berbahaya sebesar 80%, sehingga air protium dianggap paling optimal untuk kehidupan manusia.
Artinya di alam
Fakta bahwa es mengapung di permukaan perairan memainkan peran penting di alam. Jika air tidak memiliki sifat ini dan es tenggelam ke dasar, hal ini akan menyebabkan pembekuan seluruh reservoir dan, sebagai akibatnya, kematian organisme hidup yang menghuninya.
Ketika cuaca dingin terjadi, pertama pada suhu di atas +4 ºС, air yang lebih dingin dari permukaan waduk tenggelam, dan air hangat (lebih ringan) naik. Proses ini disebut sirkulasi vertikal (pencampuran) air. Ketika mencapai +4 ºС di seluruh reservoir, proses ini berhenti, karena dari permukaan air yang sudah bersuhu +3 ºС menjadi lebih ringan daripada yang di bawah. Air mengembang (volumenya bertambah sekitar 10%) dan massa jenisnya berkurang. Akibat lapisan yang lebih dingin berada di atas, air membeku di permukaan dan muncul lapisan es. Karena struktur kristalnya, es memiliki konduktivitas termal yang buruk, sehingga dapat menahan panas. Lapisan es bertindak sebagai semacam isolator panas. Dan air di bawah es mempertahankan panasnya. Berkat sifat isolasi termal es, perpindahan “dingin” ke lapisan bawah air berkurang tajam. Oleh karena itu, setidaknya lapisan air tipis hampir selalu tertinggal di dasar waduk, yang sangat penting bagi kehidupan penghuninya.
Jadi, +4 ºС - suhu kepadatan maksimum air - adalah suhu kelangsungan hidup organisme hidup di reservoir.
Gunakan dalam kehidupan sehari-hari
Disebutkan di atas kemungkinan pipa air pecah ketika air membeku. Untuk menghindari kerusakan pada sistem pasokan air pada suhu rendah, tidak boleh ada gangguan pada pasokan air hangat yang mengalir melalui pipa pemanas. Kendaraan juga terkena bahaya serupa jika Anda meninggalkan air di radiator saat cuaca dingin.
Sekarang mari kita bicara tentang sisi menyenangkan dari sifat unik air. Seluncur es sangat menyenangkan untuk anak-anak dan orang dewasa. Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa es begitu licin? Misalnya, kaca juga licin, lebih halus dan menarik dibandingkan es. Tapi sepatu roda tidak meluncur di atasnya. Hanya es yang memiliki sifat menyenangkan yang spesifik.
Faktanya adalah bahwa di bawah beban berat kita, ada tekanan pada bilah tipis lereng, yang, pada gilirannya, menyebabkan tekanan pada es dan pencairannya. Dalam hal ini, lapisan tipis air terbentuk, di mana bilah baja skate meluncur.
Perbedaan pembekuan lilin dan air
Eksperimen menunjukkan bahwa permukaan es batu membentuk tonjolan tertentu. Hal ini disebabkan fakta bahwa pembekuan di tengah terjadi terakhir. Dan meluas selama transisi ke keadaan padat, tonjolan ini semakin meningkat. Hal ini dapat diatasi dengan pengerasan lilin, yang sebaliknya membentuk cekungan. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa lilin berkontraksi setelah berubah menjadi padat. Cairan yang berkontraksi secara seragam ketika dibekukan membentuk permukaan agak cekung.
Untuk membekukan air, tidak cukup hanya mendinginkannya hingga titik beku 0 ºС; suhu ini harus dipertahankan melalui pendinginan yang konstan.
Air dicampur garam
Menambahkan garam meja ke air menurunkan titik bekunya. Karena alasan inilah jalanan ditaburi garam di musim dingin. Air asin membeku pada suhu -8°C dan di bawahnya, sehingga hingga suhu turun setidaknya hingga titik ini, pembekuan tidak akan terjadi.
Campuran es-garam kadang-kadang digunakan sebagai “campuran pendingin” untuk eksperimen suhu rendah. Ketika es mencair, ia menyerap panas laten yang diperlukan untuk transformasi dari lingkungannya, sehingga mendinginkannya. Ini menyerap begitu banyak panas sehingga suhu bisa turun di bawah -15 °C.
Pelarut universal
Air murni (rumus molekul H 2 0) tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau. Molekul air terdiri dari hidrogen dan oksigen. Ketika zat lain (larut dan tidak larut dalam air) masuk ke dalam air, air menjadi tercemar, itulah sebabnya tidak ada air yang benar-benar murni di alam. Semua zat yang terdapat di alam dapat larut dalam air dengan derajat yang berbeda-beda. Hal ini disebabkan oleh sifat uniknya - kelarutan dalam air. Oleh karena itu, air dianggap sebagai “pelarut universal”.
Penjamin suhu udara yang stabil
Air memanas secara perlahan karena kapasitas panasnya yang tinggi, namun proses pendinginannya terjadi jauh lebih lambat. Hal ini memungkinkan lautan dan lautan menumpuk panas di musim panas. Pelepasan panas terjadi di musim dingin, sehingga tidak terjadi perubahan suhu udara yang tajam di wilayah planet kita sepanjang tahun. Lautan dan lautan merupakan penyimpan panas asli dan alami di Bumi.
Tegangan permukaan
Kesimpulan
Fakta bahwa es tidak tenggelam, tetapi mengapung di permukaan dijelaskan oleh kepadatannya yang lebih rendah dibandingkan dengan air (massa jenis air adalah 1000 kg/m³, es - sekitar 917 kg/m³). Tesis ini berlaku tidak hanya untuk es, tetapi juga untuk benda fisik lainnya. Misalnya, massa jenis perahu kertas atau daun musim gugur jauh lebih rendah daripada massa jenis air, sehingga menjamin daya apungnya.
Namun, sifat air yang memiliki massa jenis lebih rendah dalam keadaan padat sangat jarang terjadi di alam, sebuah pengecualian terhadap aturan umum. Hanya logam dan besi tuang (paduan besi logam dan karbon bukan logam) yang memiliki sifat serupa.
Hampir sepersepuluh permukaan bumi tertutup es secara permanen. Sekitar 90 persen dari jumlah ini berasal dari lapisan es Antartika dan Greenland. 10 persen sisanya “milik” gletser pegunungan. Menariknya, tutupan Antartika 1,5 kali lebih luas dibandingkan Amerika Serikat, dan terdapat 9 kali lebih banyak es di sini dibandingkan di hamparan es Greenland.
Penduduk wilayah utara menggunakan es sebagai air minum. Menariknya, saat air laut membeku, kandungan garamnya minimal. Oleh karena itu, es yang mencair juga dapat dimanfaatkan oleh penduduk pulau-pulau di laut utara atau daerah kutub, misalnya orang Eskimo.
Secara alami, di wilayah utara, di mana tidak ada hutan, es juga digunakan untuk kedua kalinya - untuk pembangunan rumah. Secara eksternal, tempat tinggal seperti itu (disebut igloo) menyerupai mangkuk berbentuk setengah bola yang terbalik. Itu terbuat dari balok es besar. Mereka memasuki igloo melalui perpanjangan kecil - kanopi. Es memiliki konduktivitas termal yang cukup rendah, sehingga bagian dalam igloo dengan cepat menjadi lebih hangat daripada bagian luar.
Penjelajah Arktik, yang pertama kali melihat gubuk es seperti itu, terkejut bahwa dengan suhu beku di luar tiga puluh derajat, suhu di dalam igloo sekitar nol. Iglo adalah hal yang umum di antara orang Eskimo di Amerika Utara dan Greenland.
Dengan menggunakan tempat tinggal seperti itu, orang Eskimo dapat dengan leluasa melakukan perjalanan jauh melintasi es sambil berburu. Pengalaman orang Eskimo diadopsi oleh para ilmuwan yang bekerja di stasiun kutub. Sudah di stasiun Kutub Utara pertama, sebuah stasiun radio dipasang di rumah es.
Studi tentang es sangat penting: fosil es yang tersimpan di gletser pegunungan tinggi dan kedalaman Antartika merupakan semacam kronik dari era yang jauh. Usia mereka ratusan ribu tahun.
Faktanya adalah bahwa salju yang jatuh di permukaan gletser secara bertahap berubah menjadi es granular yang gembur dengan banyak udara. Secara bertahap, firn menjadi lebih padat dan membentuk es, di mana gelembung-gelembung kecil tetap ada. Para ilmuwan mengekstraksinya dengan mengebor gletser dan mempelajarinya di laboratorium.
Dengan menganalisis udara di masa lalu, para ilmuwan mengetahui seperti apa cuaca di Bumi, dari mana angin bertiup, dan jenis debu apa yang dibawanya. Dari fosil eslah para ilmuwan mengetahui bahwa tidak hanya ada satu, melainkan dua glasiasi besar di Bumi dan hal itu terjadi selama 220 ribu tahun terakhir.
Bagaimana air bisa berubah menjadi es?
Mari kita lihat bagaimana air di kolam berubah menjadi es. Saat udara mendingin, ia mendinginkan lapisan atas air. Lapisan air dingin bagian atas menjadi lebih berat daripada lapisan bawah yang hangat, dan ia tenggelam. Proses ini berlanjut hingga seluruh air kolam mendingin hingga suhu sekitar 4° C.
Tapi suhu udara turun! Ketika lapisan atas air mendingin hingga suhu di bawah 4° C, lapisan tersebut tetap berada di permukaan. Faktanya adalah air, yang didinginkan hingga suhu di bawah 4° C, pada dasarnya menjadi lebih ringan!
Jadi, lapisan atas air siap membeku. Ketika suhu tetap pada atau di bawah titik beku 0°C, kristal-kristal kecil mulai terbentuk.
Setiap kristal tersebut memiliki enam sinar. Ketika mereka bergabung, mereka membentuk es, dan segera lapisan es terbentuk di permukaan air. Terkadang esnya transparan, terkadang tidak. Mengapa? Faktanya adalah ketika tetesan air membeku, gelembung udara kecil dilepaskan. Mereka menempel pada sinar kristal es. Semakin banyak kristal es yang terbentuk, semakin banyak gelembung udara yang ada—itulah es yang buram.
Jika air di bawah es bergerak, gelembung udara berkumpul dan membentuk es bening.
Air, seperti beberapa zat lainnya, tidak mengurangi volumenya selama peralihan dari cair ke padat. Ketika air membeku, ia mengembang sebesar sepersembilan volumenya, artinya ketika sembilan liter air membeku, Anda mendapatkan sepuluh liter es padat! Radiator mobil dan pipa air pecah di musim dingin, itu karena air membeku dan volumenya membesar!
Mari saya mulai dengan fakta bahwa di tempat penelitian kutub dilakukan, iklim kutub berlaku. Tempat-tempat ini biasanya di Arktik dan Antartika.
Perbedaan Arktik dan Antartika
Antartika, yang merupakan bagian dari Antartika, adalah benua terdingin di planet ini; suhu di musim panas mencapai −30 °C, di musim dingin - −60 °C. Suhu terendah di planet ini juga tercatat di sini - −91,2 °C. Sedangkan untuk Arktik, iklim di sini tidak terlalu keras. Arktik mencakup pulau-pulau di Samudra Arktik, yang mencair pada musim panas.
Jenis perlengkapan dan perlengkapan modern
Di Arktik dan Antartika, saat melakukan ekspedisi di musim panas, suhu hanya turun hingga −45...50 °C. Untuk menahan suhu “ringan” seperti itu, penjelajah kutub menggunakan pakaian terusan khusus. Setelan keluarga ECWCS yang sekarang populer adalah milik generasi ketiga. Produsen pakaian terusan memastikan bahwa mereka menjaga suhu nyaman di dalam, bahkan pada suhu −60 °C.
Variasi sepatu yang dikenakan penjelajah kutub kita tidak berubah sejak zaman Uni Soviet. Mereka menggunakan sepatu bot tinggi, sepatu bot kempa, dan sepatu bot karet. Meski ragamnya tidak berubah, namun isian sepatunya telah mengalami koreksi, misalnya dulu high boots terbuat dari bulu rubah, kini dari kulit domba yang dihaluskan. Sepatu bot tinggi adalah sepatu yang paling tidak nyaman, tidak seperti sepatu bot bersol karet.
Meski terdengar aneh, penjelajah kutub membutuhkan senjata pribadi. Semua orang tahu bahwa di dalam zona kutub terdapat banyak sekali hewan liar, beberapa di antaranya berbahaya bagi peneliti. Oleh karena itu, senjata digunakan untuk melawan beruang kutub, walrus, dan anjing laut gajah.
Penjelajah kutub mempelajari es, oasis, asal usul dan struktur es. DSemua penelitian ini memerlukan peralatan khusus. Untuk mempelajari es, beliung, kapak es, dan gergaji es khusus digunakan. Saat mencari oasis, penjelajah kutub menempuh jarak yang sangat jauh di sepanjang pantai. Namun ahli geologi, untuk mempelajari asal usul es, menggunakan palu bor, survei udara dan gas.
Izinkan saya meringkas. Apa yang dibutuhkan penjelajah kutub:
- baju terusan khusus;
- sepatu berinsulasi;
- senjata pribadi;
- alat penelitian.
Pertimbangkan tindakan pencegahan apa yang perlu Anda ambil saat pergi ke tiang ADDENDUM) Tindakan pencegahan di tiang:
-Saat pergi ke Kutub, bawalah pakaian hangat sebanyak mungkin
-Jika di kutub sedang musim panas, suhunya masih bisa mencapai 0. Dalam hal ini, Anda harus mengikuti aturan untuk bergerak di atas es yang rapuh
Jika terjatuh di bawah es:
-jangan panik
-menelepon bantuan
-setelah keluar, merangkaklah di atas es (jangan berdiri, ini akan menambah tekanan pada kerak)
Untuk radang dingin:
-Dalam kasus radang dingin tingkat pertama, area yang dingin harus dihangatkan sampai memerah dengan tangan hangat, pijatan ringan, gosok dengan kain wol, bernapas, dan kemudian oleskan perban kapas.
-Dalam kasus radang dingin derajat II-IV, pemanasan cepat, pemijatan atau penggosokan tidak boleh dilakukan. Oleskan perban isolasi panas ke permukaan yang terkena (lapisan kain kasa, lapisan kapas tebal, lapisan kain kasa lainnya, dan kain minyak atau kain karet di atasnya). Anggota badan yang terkena diperbaiki menggunakan cara yang tersedia (papan, sepotong kayu lapis, karton tebal), mengaplikasikan dan membalutnya di atas perban. Jaket empuk, kaus, kain wol, dll dapat digunakan sebagai bahan penyekat panas. Korban diberikan minuman panas, makanan panas, dan sedikit alkohol.