Tại sao khi ta thả 1 cục nước đá vào cốc nước thì cục nước đá lại nổi trên nước?

Trong vật lý chúng ta đều biết rằng các chất nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi. Nếu cứ theo nguyên lý này để giải thích thì ở cùng một khối lượng, nước đá ở 0oC sẽ có thể tích nhỏ hơn nước ở nhiệt độ thường. Và theo công thức tính khối lượng riêng D = m/V mà xét, nước đá sẽ có khối lượng riêng lớn hơn nước lỏng bình thường.

Trong thực tiễn, đá nổi trên mặt nước chứng tỏ rằng ở cùng một khối lượng tương đương, thể tích của đá phải lớn hơn thể tích nước thường để khối riêng của đá nhỏ hơn khối lượng riêng của nước lỏng.

Câu này hình như trên đây có giải thích rồi. Nhưng tìm không ra nên mình trả lời lại.

Nước có đặc tính kỳ lạ là quy luật thông thường 1 chất sẽ co lại khi lạnh và nở ra khi nóng. Nước cũng tương tư như vậy cho đến khi nhiệt độ ở 4 độ C. Khi nhiệt độ giảm xuống dưới mức này, nước bắt đầu đi ngược lại quy luật, nó bắt đầu nở ra ngay cả khi đông đặc. Nguyên nhân là do cấu trúc tinh thể của nước. Do nước nở ra đồng nghĩa cùng 1 lượng, nước ở nhiệt độ 4 độ C có thể tích nhỏ nhất. Hay nói cách khác nước ở 4 độ C có trọng lượng riêng lớn nhất (1.000kg/1m3).

Cùng với đó, nước dưới 4 độ C nở ra rất mạnh. Khoảng 8% thể tích. Còn nước ở nhiệt đọ sôi chỉ khoảng 4% thể tích. Tương đương khoảng 920kg/1m3 băng và 960kg/1m3 nước sôi 100 độ C.

Do đó, khi nước ở thể lỏng sẽ luôn có trượng lượng riêng cao hơn nước đá, nên nước đá sẽ luôn nổi trên nước, dù là luc nước nở ra hết cỡ do tăng nhiệt độ.