Όταν λιώνει ο πάγος: Ανεβαίνει ή κατεβαίνει η στάθμη του νερού;
Πολλοί έχουν παρατηρήσει πως όταν βάζουμε παγάκια σε ένα ποτήρι με νερό, αυτά επιπλέουν. Με την πάροδο του χρόνου, ο πάγος λιώνει και πολλοί αναρωτιούνται: θα ανέβει ή θα κατέβει η στάθμη του νερού; Η απάντηση ίσως σας εκπλήξει — η στάθμη δεν αλλάζει καθόλου!
Γιατί ο πάγος επιπλέει;
Ο πάγος είναι νερό σε στερεή μορφή, αλλά έχει μικρότερη πυκνότητα από το υγρό νερό. Αυτό σημαίνει ότι το ίδιο βάρος πάγου καταλαμβάνει μεγαλύτερο όγκο από ό,τι το νερό. Έτσι, όταν τον τοποθετούμε στο ποτήρι, ένα μέρος του βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια και ένα μικρότερο πάνω από αυτήν.
Η ισορροπία αυτή εξηγείται από την αρχή του Αρχιμήδη, σύμφωνα με την οποία:
«Κάθε σώμα που βυθίζεται σε υγρό δέχεται μια δύναμη (άνωση) ίση με το βάρος του εκτοπιζόμενου υγρού.»
Η φυσική εξήγηση
Ο πάγος, όσο επιπλέει, εκτοπίζει όγκο νερού ίσο με το βάρος του.
Όταν λιώνει, μετατρέπεται σε νερό ίδιου βάρους. Επειδή το βάρος αυτό είναι ίσο με εκείνο του εκτοπιζόμενου νερού, ο συνολικός όγκος νερού στο ποτήρι παραμένει ο ίδιος.
Με πιο απλά λόγια:
Το νερό που σχηματίζεται από τον λιωμένο πάγο αντικαθιστά ακριβώς το νερό που είχε εκτοπίσει ο πάγος όσο επιπλέει. Άρα, η στάθμη μένει αμετάβλητη.
Τι θα συνέβαινε αν ο πάγος δεν ήταν από νερό;
Αν ο πάγος ήταν φτιαγμένος από άλλη ουσία (π.χ. λάδι ή θαλασσινό νερό με διαφορετική πυκνότητα), τότε τα πράγματα θα άλλαζαν. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η στάθμη μπορεί να αλλάξει, γιατί αλλάζει η σχέση πυκνότητας ανάμεσα στο υγρό και στο στερεό σώμα.
Συμπέρασμα
Όταν ο πάγος λιώνει μέσα σε νερό ίδιας πυκνότητας, η στάθμη του νερού δεν αλλάζει.
Αυτό είναι ένα από τα πιο όμορφα και απλά παραδείγματα του πώς οι φυσικοί νόμοι, όπως η αρχή του Αρχιμήδη, εξηγούν την καθημερινότητά μας με απόλυτη ακρίβεια.