Плотность воды при -4 °С равна 1 г/мл, а плотность льда при 0 °C - 0,92 г/мл. Объясните на основе этих данных, почему:
a) замерзание воды в водопроводных трубах может привести к их разрыву;
б) озера зимой не промерзают до дна.

Добрый день! Давайте разберём по очереди оба вопроса с помощью предоставленных данных.

а) Замерзание воды в водопроводных трубах может привести к их разрыву.
При замерзании воды происходит увеличение объема, а следовательно, увеличивается и давление внутри трубы. Почему это происходит? Когда вода замерзает, она переходит из жидкого состояния в твердое состояние - лед. При этом, как правило, объём занимаемый льдом больше объёма занимаемого той же массой воды. Если рассмотреть плотность воды и льда, то плотность воды будет больше, чем плотность льда. То есть, при замерзании объём понижается, а плотность увеличивается. Однако, при замерзании воды в водопроводной трубе объём увеличивается, потому что лёд имеет больший объем по сравнению с водой. Если жидкость или твердое тело не может изменить свой объем, то при изменении температуры или при дегидратации это может привести к возникновению огромного давления внутри закрытой системы.
Таким образом, при замерзании водопроводной трубы давление внутри трубы увеличивается, и это может привести к её разрыву.

б) Озера зимой не промерзают до дна.
Плотность льда (0,92 г/мл) меньше плотности воды (1 г/мл), следовательно, лед будет плавать на поверхности воды. Пусть озеро имеет достаточную глубину. Когда на поверхности воды образуется лёд, он становится своеобразной «изоляцией», которая препятствует дальнейшему охлаждению воды. Лед непрозрачен, и он уменьшает поток тепла между водой и воздухом. Это явление называется пелагическим теплообменом. В результате озера зимой сохраняют относительно постоянную температуру ниже нуля градусов Цельсия, но при этом их нижние слои практически не замерзают, так как они постоянно получают тепло от подстилающих слоёв.
Таким образом, наличие льда на поверхности озера помогает сохранять тепло и предотвращает замерзание озера до дна.

Надеюсь, это помогло вам понять данные факты на основе ваших вопросов. Если у вас возникнут ещё вопросы, не стесняйтесь задавать их!