Água nadando na água

A diferença de outros materiais, a água tem uma densidade mais baixa na fase sólida (como gelo) do que na fase líquida.

A densidade da água fria é mais elevada do que a da água quente.

Observar em ação o princípio da transferência de calor por convecção.

Encha um copo de plástico com água. Aguarde um momento até que a água se acalme, depois adicione suavemente um cubo de gelo. Observe sem agitar ou tocar na água.

1. Uma vez que o gelo é apenas água congelada, como é possível que a água nade na água?

Peça ao seu professor para colocar um pouco de corante alimentar em cada cubo de gelo.

2. Por que a água colorida afunda?

Quando os objetos flutuam na água?
› Quando a densidade deles é menor do que a da água.

Quando os objetos afundam na água?
› Quando a densidade deles é maior do que a da água.

A densidade de um material depende da sua temperatura?
› Sim.

O corante alimentar afunda se você o coloca na água sem gelo?
› Não (ver fotos em 'Calor e movimento').

Quando a água fria afunda, para aonde vai a água quente do fundo?
› Ela é levada para cima, iniciando o que é chamado de fluxo de convecção de calor.

Ao contrário da maioria dos materiais, a densidade da água diminui em cerca de 9% quando se congela (passando da fase líquida para sólida). O gelo é, portanto, menos denso do que a água à temperatura ambiente e flutua.

No entanto, a água líquida fria é mais densa do que a água quente (a densidade máxima é atingida a +4˚C). Portanto, a água fria derretida do cubo de gelo afunda na água à temperatura ambiente, como podemos observar pelo corante alimentar. A água mais quente do fundo é, assim, levada para cima, formando uma corrente de convecção.

Para ser mais exato, deve-se mencionar que apenas gelo cristalino tem uma densidade inferior à da água líquida. Se a água se congela de forma extremamente rápida ou sob alta pressão, formam-se sólidos amorfos (como o vidro) que podem ter densidade mais alta.