Chování kostky ledu v oleji

Zajímavé chování ledové kostky nám přiblíží následující experiment. Sklenici naplníme do poloviny rostlinným olejem a zbytek sklenice doplníme dětský olejem, který se používá k ošetření pokožky batolat třeba po koupeli. Do připravené sklenice pak vložíme kostku ledu z mrazničky a sledujeme její zajímavý pohyb. Čím je způsoben?

Chování pevného tělesa v kapalině nám popisuje známý Archimédův zákon. Pokud má těleso, v tomto případě led, hustotu vyšší než kapalina, pak klesá ke dnu. Pokud však je hustota tělesa menší, než je hustota kapaliny, pak v ní těleso stoupá vzhůru k hladině. Tady však ledová kostka zaparkuje někde uprostřed sklenice. Příčinou je rozhraní obou kapalin, které vytvoří rostlinný a dětský olej. Celý trik je založen na vhodných hustotách použitých olejů. Pokud je hustota ledu 917 kg/m³, tak hustota použitého rostlinného oleje musí být větší než tato hodnota a hustota dětského oleje naopak o něco menší.

Kostka ledu zpočátku "levituje" mezi vrstvami oleje, pak se střídavě pohybuje směrem dolů a nahoru. Přitom led obklopený v oleji o vyšší teplotě, od něj přijímá teplo a pozvolna taje na vodu. Voda má vyšší hustotu než olej a proto kapky vody klesají směrem ke dnu U dna vytvářejí zajímavé  útvary, které se spojují, aby jejich výsledná energie byla minimální. Na jejich povrchu se také zajímavým způsobem odráží světlo.

Po odpadnutí odtáté kapky vody z ledové kostky se ovšem zmenší hmotnost zbytku ledové kostky a zmenší se i tíhová síla na ni působící. Vztlaková síla, která je v tomto okamžiku větší než tíhová, tak vyvolá pohyb kostky nahoru.

V šesterečné krystalové mřížce ledu jsou prostorné kanálky, které se při jeho tání bortí a volný prostor postupně zaplňují molekuly vody. Objem ledu je větší než objem vody, ze které vznikl. Hustota ledu je proto nižší než vody. V ledu je navíc uvězněno rovněž nemalé množství vzduchu. Ten se při tání ledu rovněž uvolňuje a v bublinkách se pohybuje k hladině. Průměrná hustota ledu se v tomto okamžiku zvětší a má hodnotu větší než olej, proto zase zbytek kostky ledu klesá dolů.