氷が水に浮くわけ・・・

質問

お昼ごはん中、子供（９才）に「氷ってどうして水に浮いてるんだろう?」と聞かれました。アイスティーを飲んでました。
「固まる時に空気が閉じ込められて、空気は水より軽いから浮くんだよ」と答えました。
「でもちょっぴり頭が出てるよ。」「三分の一は出るらしいよ」「なんで？」「・・・・？」

何でなんだろう？昔、理科の時間に習った気がするんだけど、いざ問われてみると「三分の一」もあやしいです。

どうぞ教えてください。できれば、子供にもわかり易く説明していただけたら、と思います。

回答No.6

nickdayo · ベストアンサー

９歳の方には難しいかもしれないですね^^
でも興味を持つことは良いことですね。

水が凍ると、重さは元のままで体積が増えますよね。
これは実際に氷を作るときに、作る前と作った後で見比べれば何となく分かるのではないでしょうか。
そしてこれは逆に、同じ体積分だけ水と氷を用意すると氷の方が軽いことになりますよね。

さて、水と氷をまぜてみましょう。
すると確かに氷は浮いて、氷の頭がちょっと水から出てしまいます。
なぜでしょうか。

氷が浮く理由：
同じ大きさ（体積）で比べると氷の方が水より軽いので氷は浮いてしまうと考えると良いと思います。

氷の頭が出てしまう理由：
水の中に入っていられるのはもとの水の体積の分だけです。
それ以外の部分（大きさが増えた部分）は水の中に入れてもらえず、頭がちょこんと出ることになります。
氷の頭が出ている部分を指でちょこんと抑えて水の中にしずめてみてください。
少し力がいるでしょう？水にはその抑える力がないから、氷の頭が出た部分を水の中に取り込めないんです。

我ながら分かりにくい説明になってしまったかも^^;
ごめんなさいです。

お礼

＞＞我ながら分かりにくい説明になってしまったかも^^;
ごめんなさいです。
とんでもない！解りやすい説明をありがとうございました。子供も「うん！わかったよー！」なんて言ってました。

☆nickdayoさんの「お礼欄」を借りてごめんなさい・・・
みなさま、回答ありがとうございました。私では説明が難しくて、子と一緒に読んでいました。
「ポイント」はこういう事なのですが、No1の[sailor」さんから始まる回答を読みながら、子は段々理解していったと思います。
本当にありがとうございました。

回答No.5

jay

製氷皿に水を凍らすと表面が盛り上がりますよね。
これで「体積が増えた」のが分かるかと思います。
水の重量は変わらないのですから、体積が増えた分
密度が小さくなっているのが分かります。

水よりも密度が小さいから、氷は水に浮かびます。
（ちなみに１０％ほど軽いので、1/10くらい表面に出ます）

お礼

ありがとうございます。
子供の質問からここに相談したんですが、私が勉強になりました。

「理科の実験でやった！凍ると膨らむんだよね！」とここまでは解っているようでした。

＞＞水よりも密度が小さいから、氷は水に浮かびます。
（ちなみに１０％ほど軽いので、1/10くらい表面に出ます）
三分の一じゃなかったー！これを教えていただけただけでも、私としては大収穫って感じです。

子供にはこれから少しずつ勉強して、理解していってほしいと思いました。

本当にありがとうございました。

回答No.4

liar_adan

三分の一も出ません。
氷の密度は0度で0.9168g/cm^2ということです。
100gの水が凍ると約109cc(1cm^2＝1cc)の氷になります。

氷が浮かんだ水の中では、氷と水とで、どっちが沈むか競争しています。
水の方が重いから、氷は浮きます。
だけど、ある程度浮くと、一部が水の上に出ます。
この部分が重しになるので、水の上にいくらか浮かんだところで釣り合います。
(ホントは「空気」の事も考えなきゃならないけど、
水や氷に対して、空気の密度は低すぎるから勝負にならない。無視していい)

浮かぶ割合は、「氷が押しのけた水の重さ＝氷の重さ」になればいいので、
100gの氷の場合、100gの水を押しのければよい。
つまり100ccの水を押しのければよいのだ。(水はだいたい1g＝1ccだから)
よって、水面下の氷は100cc。水面上の氷は9cc。一割弱です。
「氷山の一角」という言葉がありますが、まさしく氷山の一角です。

お礼

＞＞三分の一も出ません。
氷の密度は0度で0.9168g/cm^2ということです。
100gの水が凍ると約109cc(1cm^2＝1cc)の氷になります

三分の一じゃなかったーー！！子供にえらそうに言い切らなくて良かった～
化学式（？）は解らないですが（一切の理系問題に拒否反応を・とほほ）説明していただいた文面は理解できました。

＞＞(ホントは「空気」の事も考えなきゃならないけど、
水や氷に対して、空気の密度は低すぎるから勝負にならない。無視していい)
空気は関係なかったんですね。そうだったんだ～。聞いてよかったです。

本当にありがとうございました。私も勉強になりました。

回答No.3

noname#3394

同じ水を冷やして氷にすると体積が増えて比重が小さくなります。
比重が小さい状態というのは、水という物体を作っている分子と分子の間の空間が離れて、いわば薄い状態になっているわけです。元々同じ量の水を氷にしたわけですから全体の量（質量）は変わっていませんから、体積が増えた分軽くなると思えば、その理屈はわかると思います。
ちなみに、水に浮かんでいる氷の水面より上に出ている分だけ体積が増えています。もちろんアイスティーとそれに入れる氷は厳密には成分が違いますが、アイスティーの成分のほとんどは水そのものと言っていいので、この理屈が成り立ちます。

お礼

ありがとうございます。
「凍る前の水と、凍ったあとの氷は同じ量だ。でも凍ると少しふくらんで大きくなる。その分が軽くなる。元の水よりふくらんだ分が、頭を出してるところ」　これでいいんでしょうか～？
「大きくなるのに何で軽くなるのさ～？」って聞かれたらどうしよう＾＾；
「そのうち習うよ！」って言おう！私もいまいち解んないから教えてね、なんてね。　でも私は、解った気分（おいおい＾＾；）
本当にありがとうございました。

回答No.2

-ria-

確か、水より氷の方が密度が小さいからだったかと。
水は凍ると体積が小さくなるので・・・という感じなのですが、、、
３分の１というのも密度の比が関係しているはず。
分子レベルの話になると９歳には分かりませんよね；分かり易い説明ができなくてすみません...

お礼

早々の回答ありがとうございます。
「密度」ですか～。子供って時々とんでもなく難しい、説明するのに難儀する質問をしてきます。「グッ！」と詰まると、「わかんないんだ～・・」「今は忙しいから、学校から帰ってきたら説明してやる！」とか「なんでもかんでも人に聞かないで自分で調べなさーィ」なんて言ってます。
それから調べる調べる！親の権威を死守するために（爆）
ここにも本当にお世話になっています。－ria－さん、今後ともよろしく！

回答No.1

sailor

端的にいえば水が凍るときに体積が増えるからです。水は摂氏４度付近で最も体積が小さくなり、さらに冷や続けると逆に体積が大きくなって水より比重が小さくなり浮きます。

お礼

早速の回答ありがとうございます。
うん！凍るとふくらみますね。「体積が増える」という事ですよね。
でも・・・これをどう言って説明したらいいのか＾＾；
理系が大の苦手の私なんです。sailorさんの回答「そーなのか～」と思いました。でも聞きたがりの子に「大きくなるのに、何で浮くの？」と問われたら～答える自信は「皆無」です。あ～なさけない～です。