لماذا يطفو الجليد على سطح الماء؟

هناك شقان لجواب هذا السؤال، أولاً لنأخذ نظرة لماذا تطفو الأشياء. بعدها، لنتفحص لماذا يطفو الجليد على سطح الماء السائل، بدلاً من أن يغوص للقعر.
الجواب: سوف تطفو عندما تكون أقل كثافة، أو لديها كتلة أقل في واحدة الحجم، من المكونات الأخرى في مزيج معين. كمثال، عندما تضع كمية من الحجارة ضمن وعاء من الماء، سوف تغوص الحجارة كونها ذات كثافة أعلى من الماء. كون الماء أقل كثافة من الحجارة، سوف يطفو. في الأساس، يدفع الحجر الماء من طريقه أو يزيحه. كي تصبح أي مادة قادرة على أن تطفو، عليها أن تزيح وزن من السائل معادلة لوزنها.
لماذا يطفو الجليد على الماء
يبلغ الماء كثافته العظمى عند 40C. عندما يتم تبريد الماء لدرجات حرارة منخفضة ويتجمد ويتحول لجليد، سوف يصبح أقل كثافة. من وجهة نظر أخرى، معظم المواد تكون أكثر كثافة في حالتها الصلبة (المتجمدة) من حالتها السائلة. يكون الماء مختلفاً بسبب وجود الروابط الهيدروجينية.
تتألف جزيئة الماء من ذرة أكسجين وذرتي هيدروجين، ترتبط الذرات ببعضها بقوة بفضل الروابط المشتركة. تتأثر جزيئات الماء مع بعضها البعض بقوى كيميائية أضعف تسمى بالروابط الهيدروجينية، تحدث ما بين هيدروجين حامل لشحنة موجبة لجزيئة، وأكسجين حامل لشحنة سالبة من جزيئة أخرى. عندما يبرد الماء لدرجة حرارة أخفض من 40C سوف تباعد الروابط الهيدروجينية ذرات الأكسجين. يشكل ذلك شبكة بلورية، وما يسمى عادة بالجليد.
يطفو الجليد كونه أقل كثافة من الماء السائل بمقدار 9%. بتعبير آخر، يأخذ الجليد حجماً أكثر من الماء السائل بمقدار 9%، لذا فإنّ ليتر من الجليد له وزن أقل من ليتر من الماء السائل. إنّ الماء الأثقل يزيح الجليد الأخف وزناً، لذا فإنّ الجليد يطفو على سطح السائل. كنتيجة لهذه الفكرة نرى أن مياه البحيرات والأنهار تتجمد من السطح، مما يسمح للأسماك لأن تعيش حتى لو كان سطح البحيرة متجمداً بشكل تام. لو أنّ الجليد يغوص، سوف تنزاح المياه إلى السطح وتتعرض لدرجات حرارة أخفض، مما يدفع بالبحيرات والأنهار لأن تمتلئ بالجليد والأجسام الصلبة المتجمدة.
إذاً لقد تعرفنا في هذا المقال لماذا يطفو الجليد على الماء والأهم من ذلك أصبحت تعرف لماذا تطفو الأجسام بشكل عام.