氷はどうして水に浮くのでしょうか？

小学３年生の子が、氷はどうして水に浮くのかを不思議に思っています。
３年生に分かりやすく説明したいのですが、よろしくおねがいします。

No.9 ベストアンサー 回答者： hajime40 回答日時： 2002/08/24 18:37

小学３年生に対して分かりやすく・・・・、かなり難しいかな？と思いますが書いてみたいと思います。

水に対して、浮く、沈むという現象は、やはり、水に対して重い⇔軽いと言うことがあるから起こることですよね。
同じ体積で、重さを比べた場合、氷の方が軽くなります。（密度が小さくなります。）だから氷は水に浮くんですね。

では、なぜ同じ体積で水よりも氷の方が軽くなるかという例として、冷凍室で氷を作ると大きさが大きくなる（体積が大きくなる）ということをやって見せてください。
このことによって水を氷らせるとふくらむということが分かると思います。

このことから、「水と氷では、同じ重さでは氷の方が体積が大きい」または、、「水と氷では、同じ体積では氷の方が軽い」ということが分かると思います。

このことから、氷と水では、氷の方が軽くなるから（密度が小さくなるから）、氷は水に浮くんです。

以上のような説明で分かってもらえたらなぁ、っておもいます。

これからに突っ込んだ説明として、
水の密度は、４℃で最大となります。（もっとも密度が高くなります。）
これは、H2Oの分子が構造的に一番近くに集まってくるからです。
（H2Oの分子構造は「くの字に曲がった釘のような形」だと思ってください。曲がっている角度１２０°ぐらいじゃなかったなか？）

しかし、水が氷ると、このくの字形の水分子が、うまく組み合わさって６角形を形作ろうするために水の分子と分子の間に隙間が多くできてしまうために体積が増えてしまうんですよ。
このために、密度が小さくなって水よりも軽くなるんです。

ただこの説明では、もっと学年があがらないと（特に、密度などの勉強をするようにならないと）理解はできないと思います。

では、参考になさってみてください。

この回答へのお礼

ご丁寧な回答ありがとうございました。
わかりやすく、大変参考になりました。

お礼日時：2002/08/25 09:18

No.11 回答者： gost 回答日時： 2002/08/24 23:59

冷蔵庫で氷を作ってみると、透明な部分と白い部分があります。

完全に透き通った透明度の高い氷を、普通の冷蔵庫で作るのは難しいようです。
透明度の高い氷を作るには、氷の中に、空気を残さないように作る必要があります。
冷蔵庫で普通に作った氷には、空気が含まれています。

この回答へのお礼

ご丁寧な回答ありがとうございました。
わかりやすかったです。参考にさせてもらいます。

お礼日時：2002/08/25 09:17

No.10 回答者： arumagiro 回答日時： 2002/08/24 18:39

＞３年生に分かりやすく説明したいのですが

難しいですね、小学生に比重と浮力を説明すると言うのは。

プールで使う浮き輪などを参考にされては、いかがでしょうか。
浮き輪の中に、空気を入れると人が摑まっても沈みませんが、中に水を入れると人が摑まると、沈んでしまいます。

同じ大きさでも重さの軽い方は水に浮いて、重さの重い方は沈んでしまうというのはどうでしょうか。

本来は、対象物の押しのけた液体の体積と同じ量の浮力が対象物にかかり、対象物の重さと釣り合ったところで浮くのだと思いますが、難し過ぎるかと思いますので。

この回答へのお礼

ご丁寧な回答ありがとうございました。
わかりやすく、大変参考になりました。

お礼日時：2002/08/25 09:16

No.8 回答者： Le-Livre 回答日時： 2002/08/24 17:56

順々に説明していきます。

――――――

普通、ものは温度が低くなると小さくなる性質があります。逆にいえば、温度が高くなると大きくなるんです。

身近（？）なものでは、線路（レール）があげられます。
夏のとっても暑い日、レールがグニャッと曲がってしまったというニュースを見たことはありませんか？
どうしてレールが曲がってしまうのでしょうか。
夏の日差しに地面や空気が高温になります。そしてレールも徐々に温められていきます。すると、レールは少しずつ大きくなっていくのです。しかし、ある程度までは問題は起こりません。レールとレールの継ぎ目には、少しだけ空間ができていて、レールが少しくらい大きくなっても、大丈夫なようになっているのです。しかし、あまりに大きくなりすぎると、最後にはその空間も完全に埋まってしまって、大きくなり続けるためにレール同士が押し合って、最後には、それに耐え切れず曲がってしまうのです。

この現象を例に、ものというものは温度が上がると大きくなるということが分かると思います。

もちろん水の場合もこのことは当てはまります。

氷も冷やしていけばどんどん小さくなりますし、水もあたためればわずかに膨脹します。

また、固体・液体・気体の間では、もっと大きな変化が起こります。
固体は「もの」の素（原子や分子）が手を取り合うようにぎゅっとひとつに固まって小さくなっています。
液体は少し手をつなぐくらいで、「もの」の素は割と自由に動くことができます。
気体は完全に手を離してそれぞれが自由な方向に動くことができるようになるのです。
ですから、ひとつのところに固まっている固体より、自分勝手に好きなところへ行ける、気体とでは、「もの」の素を同じ数だけ集めたとき（同じ重さだけ集めたとき）、大きさ（体積）が違ってくるのです。

しかし、水⇔氷の間には、温度や固体⇔液体間によって大きさが変わることよりも、もっと大きな働きがあるため、氷の温度のほうが低いはずなのに大きくなってしまうのです。

それは、雪の結晶から考えると分かりやすいのではないでしょうか。
雪はどのような形をしていますか。大抵は６角形ですね。水や氷をつくる素（水分子）は変わった形をしていて、雪のように水の素がたくさんくっつくと６角形になってしまうのです。そうしないと、くっつきにくいのです。

氷でも同じことが起こっています。ふつうはみんなが手をつないでギュッと固まっているはずなのですが、水の素が変わった形をしているのでうまく手をつなぐことができないのです。凍ってしまう前にできるだけ手をつなぎやすいように移動していくのです。すると、結果的に小さな空間ができてしまうのです。
そうすると、もともとは水と同じ重さ（1cm^3あたり）だったものが、凍ってしまうことによって、小さな空間がたくさん入り込んでしまい、水よりも軽くなってしまうのです。氷の中に浮き袋（その他浮き輪など）があるようなものです。空気を抜いた浮き輪は水の中に沈んでしまいますが、浮き輪に空気を入れると浮かんでくるでしょう。それと同じです。

――――――

こんな感じの説明でどうでしょうか。
参考になれば嬉しいです。

この回答へのお礼

ご丁寧な回答ありがとうございました。
分かりやすく説明してあって、大変参考になりました。

お礼日時：2002/08/25 19:30

No.7 回答者： noname#4883 回答日時： 2002/08/24 17:30

はじめまして。

私はちょっと違う視点から回答します。

水は固まると浮きますが、水以外の液体のほとんどは、固まると沈みます。むしろ水は例外なのだそうです。なぜでしょうか?

それは、氷だけは軽くないと、生き物が困るからだそうです。凍ると寒くなりますね。池や川が上から凍るからこそ、魚や虫は水の底で暮らせるのです。

実は、これは北村薫の小説「ターン」に書いてあります。子供さんに説明するには、わかりやすいと思うのですが…。ご参考までに。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。
また、違う観点からの回答で、興味深く読みました。

お礼日時：2002/08/25 19:31

No.6 回答者： marimo_cx 回答日時： 2002/08/24 17:29

んー、絵に書いて説明しないと難しいですえぇ。

氷：
／＼／＼
　／＼／＼

水：
≫≫

困った、思いっきり胡散臭い…。
氷は水分子が規則正しく並んでいるために、空間に詰め込み放題分子を詰め込むことは出来ません。しかし液体の水は結晶になっておらず、分子事はまだ自由に動けるために、適当に隙間に入り込んで氷と同じだけの空間により沢山の水分子が存在できるために、氷よりも液体の水のほうが密度が高い状態でいられるという理由なんですけれど、上の胡散臭いAAでは説明できませんねぇ、困った…

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

お礼日時：2002/08/25 23:19

No.5 回答者： 38endoh 回答日時： 2002/08/24 17:17

空気を水の中に入れると浮きますね。

氷は，空気よりも軽い“真空”を構造の中にかみ込んでいます。よって水に浮くのです。

なぜ真空がかみ込まれるかですが，これは偏に“水の特別性”というしかないでしょう。水が極めて特別な性質を持っていたこそ，氷河期でも海の温度は安定し，生物が進化してこれたのです。

余談ですが，家庭用の氷は内部が白くなっていて，空気そのものもかみ込んでいますね。

この回答へのお礼

早々に、回答ありがとうございました。
参考になりました。

お礼日時：2002/08/25 23:20

No.4 回答者： bumin 回答日時： 2002/08/24 17:14

↓を、視覚的に理解しやすいようなたとえ話にすると…

教室一杯に前へならえで整列させた生徒(氷)を解散させて自由に動けるようにすると(水)教室にゆとり(スペース)が出来ます

これは、生徒(水の分子)が他の生徒と、ある法則性を持って関係する(並ぶ)のを止めたからです

この回答へのお礼

早々に回答をありがとうございました。
参考になりました。

お礼日時：2002/08/25 23:22

No.3 回答者： wakasugi 回答日時： 2002/08/24 17:11

「水に浮く＝同体積の水よりも重い」ことを理解してもらってから。

（いろいろ実験できると思います。）
同じ体積の水と氷の重さを比べてみてはいかがでしょう？

参考URL：http://homepage1.nifty.com/iwn/science/ice/

この回答へのお礼

早々に回答ありがとうございました。
参考になりました。

お礼日時：2002/08/25 23:23

No.2 回答者： bumin 回答日時： 2002/08/24 17:08

水は凍ると体積が増えます

ａという重さの水はＡという体積を持っていますが、
凍るとＡ+αの体積になります
よく、ビンに水を入れて凍らせると(体積が増えて)ビンが破裂しますよね

つまり、氷は同じ体積の水よりも軽くなる訳ですね

この回答へのお礼

二度にわたる回答ありがとうございました。

お礼日時：2002/08/25 23:25