Why does ice float in water? - George Zaidan and Charles Morton

چرا یخ بر روی آب شناور می‎شود؟ - جورج زیدان و چارلز مورتن

Translator: Sara, English-Persian (Farsi) Reviewer: soheila Jafari

Water is the liquid of life.

آب مایع حیات است.

We drink it,

آن را می‌نوشیم،

we bathe in it,

در آن آبتنی کرده،

we farm,

cook,

با آن زراعت،

آشپزی،

and clean with it.

و نظافت می‌کنیم.

It's the most abundant molecule in our bodies.

فراوان‌ترین مولکول درون بدن ما آب است.

In fact, every life form we know of

در واقع، همه گونه‌های زندگی که

would die without it.

می‌شناسیم بدون آن می‌میرند.

But most importantly, without water,

اما مهمتر از همه، اگر آب نبود،

we wouldn't have

دیگر

iced tea.

یخ چای نداشتیم.

Mmmm, iced tea.

به به، یخ چای.

Why do these ice cubes float?

چرا این تکه‌های یخ شناور می‌مانند؟

If these were cubes of solid argon

اگر اینها تکه‌های آرگون جامد

in a cup of liquid argon,

در یک فنجان آرگون مایع بودند،

they would sink.

ته‌نشین می‌شدند.

And the same goes for most other substances.

و برای بیشتر ماده‌های دیگر هم همین‌طور است.

But solid water, a.k.a. ice,

اما آب جامد، یا همان یخ،

is somehow less dense than liquid water.

به نحوی کم‌ تراکم‎تر از آب مایع است.

How's that possible?

چگونه چنین چیزی ممکن است؟

You already know that every water molecule

خودتان می‌دانید که هر مولکول آب

is made up of two hydrogen atoms

از دو اتم هیدروژن

bonded to one oxygen atom.

متصل به یک اتم اکسیژن تشکیل شده است.

Let's look at a few of the molecules

بیایید به چند مولکول

in a drop of water,

درون یک قطره آب نگاه کنیم.

and let's say the temperature is 25 degrees Celcius.

و بیایید فرض کنیم دما ۲۵ درجه سلسیوس است.

The molecules are bending,

مولکول‌ها در حال خمش،

stretching,

کشش،

spinning,

and moving through space.

چرخش،

و حرکت در فضا هستند.

Now, let's lower the temperature,

حالا، بیایید دما را پایین بیاوریم،

which will reduce the amount of kinetic energy

که موجب کاهش میزان انژی جنبشی

each of these molecules has

هر کدام از این مولکولها خواهد شد

so they'll bend, stretch, spin, and move less.

پس آنها خمش، کشش، چرخش و حرکت مولکولی کمتری خواهند داشت.

And that means that on average,

و این مسئله به این معناست که

they'll take up less space.

به طور متوسط، فضای کمتری اشغال خواهند کرد.

Now, you'd think that as the liquid water

حالا، ممکن است فکر کنید وقتی که

starts to freeze,

آب مایع شروع به یخ زدن ‎کند،

the molecules would just pack together

مولکولها نزدیک و نزدیکتر به هم

more and more closely,

قرار خواهند گرفت،

but that's not what happens.

اما آنچه رخ می‌دهد این نیست.

Water has a special kind

آب از نوع ویژه‌ای

of interaction between molecules

تعامل بین مولکولی برخوردار است

that most other substances don't have,

که بیشتر ماده‎های دیگر فاقد آن هستند،

and it's called a hydrogen bond.

و این تعامل پیوند هیدروژنی نام دارد.

Now, remember that in a covalent bond

خب، به خاطر بیاورید که در یک پیوند

two electrons are shared,

کووالانسی، دو الکترون، معمولاً به طور نابرابر،

usually unequally,

در میان اتمها

between atoms.

به اشتراک گذاشته می‎شوند.

In a hydrogen bond,

در یک پیوند هیدروژنی،

a hydrogen atom is shared, also unequally,

یک اتم هیدروژن است که، باز هم به طور نابرابر، در میان اتمها

between atoms.

به اشتراک گذاشته می‎شود.

One hydrogen bond looks like this.

یک پیوند هیدروژنی به این شکل است.

Two look like this.

دو پیوند این شکلی است.

Here's three

این هم سه تا

and four

و چهار

and five,

و پنج،

six,

شش،

seven,

eight,

هفت،

هشت،

nine,

ten,

نه،

ده،

eleven,

twelve,

یازده،

دوازده،

I could go on.

می‌توانم همین‎طوری ادامه بدهم.

In a single drop of water,

در تنها یک قطره آب

hydrogen bonds form extended networks

پیوندهای هیدرروژنی، شبکه‌های گسترده‌ای

between hundreds, thousands, millions,

بین صدها، هزاران، میلیون‎ها،

billions, trillions of molecules,

میلیاردها، تریالدها مولکول برقرار می‌کنند،

and these bonds are constantly breaking and reforming.

و این پیوندها مدام شکسته و بازسازی می‌شوند.

Now, back to our water as it cools down.

خب، برگردیم به آب هنگامی که در حال سرد شدن است.

Above 4 degrees Celcius,

در دمای بالای ۴ درجه سلسیوس،

the kinetic energy of the water molecules

انرژی جنبشی مولکول‌های آب

keeps their interactions with each other short.

تعاملات آنها را با یکدیگر کوتاه نگه می‌دارد.

Hydrogen bonds form and break

شکل‌گیری و به هم خوردن پیوندهای هیدروژنی

like high school relationships,

شبیه روابط دوران دبیرستان است،

that is to say, quickly.

از این جهت که سرعت آن بالاست.

But below 4 degrees,

اما در دمای زیر ۴ درجه،

the kinetic energy of the water molecules

انرژی جنبشی مولکولهای آب

starts to fall below the energy

رو به کاهش گذاشته و رفته رفته از انرژی

of the hydrogen bonds.

پیوندهای هیدروژنی کمتر می‌شود.

So, hydrogen bonds form much more frequently

بنابراین، میزان تشکیل پیوندهای هیدروژنی از میزان شکسته

than they break

شدن آنها بیشتر می‎شود.

and beautiful structures start to emerge

و ساختارهای زیبایی

from the chaos.

از دل آشفتگی سر بر می‌آورد.

This is what solid water, ice,

این شکل ظاهری آب جامد، یخ،

looks like on the molecular level.

در سطح مولکولی است.

Notice that the ordered, hexagonal structure

دقت کنید که این ساختار منظم و شش ظلعی

is less dense than the disordered structure

کم تراکم‌تر از ساختار نامنظم

of liquid water.

آب مایع است.

And you know that if an object is less dense

و می‌دانید که اگر چیزی کم تراکم‌تر از

than the fluid it's in,

مایعی باشد که در آن قرار دارد،

it will float.

شناور می‌شود.

So, ice floats on water,

خب پس، یخ بر آب شناور می‎شود،

so what?

خب که چی؟

Well, let's consider a world without floating ice.

خب، بیایید دنیایی بدون یخ شناور شونده را در نظر بگیریم.

The coldest part of the ocean

در چنین حالتی سردترین قسمت

would be the pitch-black ocean floor,

اقیانوس کف قیرگون آن می‌بود،

once frozen, always frozen.

یک بار و برای همیشه یخ زده.

Forget lobster rolls

ساندویچ لابستر را فراموش کنید

since crustaceans would lose their habitats,

زیرا سخت‎پوستان زیستگاه خود را از دست

or sushi since kelp forests wouldn't grow.

می‎دادند، سوشی را هم همین‎طور زیرا جلبک‎زارها هم

What would Canadian kids do in winter

نمی‎روییدند. بچه‎های کانادایی زمستان‎ها

without pond hockey or ice fishing?

بدون هاکی روی دریاچه چکار می‌کردند؟

And forget James Cameron's Oscar

و به جیمز کمرون هم اسکار نمی‎دادند

because the Titanic totally would have made it.

زیرا تایتانیک در کمال سلامت به مقصد می‎رسید.

Say goodbye to the white polar ice caps

با کلاهک‎های یخی قطبی خداحافظی کنید که

reflecting sunlight

اگر اشعه‎های خورشید را

that would otherwise bake the planet.

بازتاب و بازگشت نمی‎دادند زمین می‎پخت.

In fact, forget the oceans as we know them,

اصلاً، اقیانوس‎ها را به صورت کنونی که

which at over 70% of the Earth's surface area,

در گستره‎ای به وسعت بیش از ۷۰% سطح زمین،

regulate the atmosphere of the whole planet.

جو کل سیاره را معتدل نگه می‎دارند فراموش کنید.

But worst of all,

اما از همه بدتر،

there would be no iced tea.

دیگر یخ چای نداشتیم.

Mmmmm, iced tea.

به به، یخ چای.