氷が水に浮く理由

よく、氷が水に浮くのは、氷の密度が小さいからだ・・・といいますが、次のグラフを見てください。

このグラフを見る限り、１５℃の水に、氷は沈むことになりませんか。
①氷が水に浮くことを密度で説明できるのは、およそ7℃くらいの水までであるといえませんか？

そう考えると、
②およそ２０℃の水道水を製氷皿いっぱいに入れて凍らせた場合、できた氷は製氷皿からあふれないのではないですか？

学校で先生に聞いた話と食い違うきがしてなりません。
詳しい方、教えていただけないでしょうか。
よろしくお願いします。

No.1 回答者： qq5z2tx9k 回答日時： 2015/10/16 11:03

水が凍ると、体積が大きくなります。

重さは同じですから、密度が小さくなるわけです。（密度とは同じ体積当たりの重さ）
各温度に於ける密度については、添付画像を参照してください。

よって、氷は水より密度が小さいので水に浮きます。

もう少し説明すると、水はその中にある物体に対して、
「その物体の体積と同じ量の水の重さ」
だけの浮力を上向きにはたらかせます。(アルキメデスの原理)

氷を水に沈めると、氷の体積だけの水の重さが浮力として
上向きにかかりますが、同じ体積では水のほうが重いので、
氷の重さより浮力が勝ります。
そのため氷は水から上向きの力を受け、浮くわけです。

No.2 回答者： Saturn5 回答日時： 2015/10/16 11:06

添付されているグラフは小さくてみえにくのですが、多分、１ｇの水に対する

温度と体積の関係です。４℃付近で体積は最小となります。
このグラフはあくまでも「水」に対するもので「氷」ではありません。
氷になると体積はおよそ１割増加しますので、このグラフの上限を大きく
超えるものとなります。

＞①氷が水に浮くことを密度で説明できるのは、およそ7℃くらいの水まで
であるといえませんか？
上に書きましたが、このグラフの０℃の場所は０℃の水を示します。
０℃の氷はもっと体積が大きいです。

＞②およそ２０℃の水道水を製氷皿いっぱいに入れて凍らせた場合、できた氷は製氷皿からあふれないのではないですか？
溢れますよ。
普通は溢れると困るので、水の量は八分目に入れるものです。

No.3 回答者： manno1966 回答日時： 2015/10/16 11:38

グラフは小さくて見えないけど、水の温度に対する膨張率は約0.021％。

水と氷の体積比は概ね1:1.1
10％÷0.021％＝476.1…
ということで、通常の気圧の中なら比重は常に水の方が重いことになります。

No.4 回答者： 1paku 回答日時： 2015/10/16 11:50

水が凍って氷になると体積が増えるのは、真冬に中の水が凍って水道管が破裂することで明解。

　
1、実際に氷を水に浮かべて実験してみましょう。15度以上の水温でも、氷は浮かびます。

2、製氷皿いっぱいに入れて凍らせると、出来た氷は皿の縁から上にはみ出します。あふれないのは、氷が固体だから。

No.5 回答者： kuma-gorou 回答日時： 2015/10/16 12:29

水が氷ると体積が増える。

体積が増えた分だけ比重が軽くなって浮く。
此処までは、皆さまの回答で理解できますよね。

では、鋼鉄船が何故水に浮くか？
喫水線より下にある船の体積と排水量は釣り合い、排水された水の重さと船の重さも釣り合います。これが浮力の原理です。

No.6 回答者： lupan344 回答日時： 2015/10/16 12:37

氷の密度は、0℃で0.9168g/cm3ですから、100℃の水（密度0.9584g/cm3）でも浮きます。

添付されているグラフは、水の密度のグラフですね。（0℃の水の密度は、0.9998g/cm3）
氷は、水より密度は低くなります。

No.7 回答者： 銀鱗 回答日時： 2015/10/16 13:56

＞このグラフを見る限り、

ごめんよ。何を示しているグラフなのか、小さすぎて読み取れないんだ。
（グラフが間違えているのか、グラフの見方を間違えているのか、どちらかだろうと推測はしている）

No.8 回答者： NiPdPt 回答日時： 2015/10/16 17:24

今の時点でGoodのついている回答とそうでない回答がありますが、ついていない方の回答である#2と#6に書いてあることが妥当でしょうね。

また、#1で添付されている図をあなたの図と見比べるのも参考になるでしょう。あなたの図は縦軸が体積のようですが#1の図は密度です。したがって、#1の図の上下を反転させればあなたの図に近いものになるはずです。つまり、あなたの図は0℃で終わりで、そこに書かれているのは液体の水の部分です。それよりも左の部分との間に不連続な体積増加（密度の低下）があり、そこが水と氷の境目です。

・・・わかりましたか？

No.9 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2015/10/18 09:44

単純にそのグラフは液体の水の密度ですよ。

どこにも氷とは書いてないのに「氷は沈むことになりませんか。」にはなりません。
　その図には続きがあって・・・簡単に書くと添付のようになる。

>①氷が水に浮くことを密度で説明できるのは、およそ7℃くらいの水までであるといえませんか？
　０℃に冷却した液体の水が、それより高温の水に浮かぶのは・・
　￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
　０℃の氷だと100℃の水にもプカプカと浮かぶ。
　通常の氷は内部に気泡を含むのでもっと顕著ですね。

>②およそ２０℃の水道水を製氷皿いっぱいに入れて凍らせた場合、できた氷は製氷皿からあふれないのではないですか？
　なぜ、試さない。理科って
「自然に親しみ，見通しをもって観察，実験などを行い，・・・【中略】・・・自然の事物・現象についての実感を伴った理解を図り，科学的な見方や考え方を養う。( http://www.mext.go.jp/a_menu/shotou/new-cs/youry … )」
　ですよ。実体験を伴わない。結論を勝手に判断してそれにつじつまを合わそうとするから、STAP細胞になっちゃう。

　観察すると分かるように製氷皿から大きく盛り上がります。氷ができるとき溶存気体は除かれるために、製氷皿に接している表面は兎も角内部には大量の気泡ができるので、この数値以上に盛り上がります。


　そのグラフは正しい。ただ氷が水に浮かぶグラフではない。液体の水の密度は、4℃のが最大だと示しているに過ぎない。

No.10 回答者： fxq11011 回答日時： 2015/10/18 10:54

>このグラフを見る限り、１５℃の水に、氷は沈むことになりませんか

そうですね、このグラフを見る限り、こんな結論あり得ませんね。
だって、０°C以下の氷の密度（体積）※グラフが小さく判読不可、が同じグラフに示されていないのに、このグラフ見る限り・・・では、氷との比較は読み取れません。
分析、理解能力を養いましょう。