האם ליטר חלב קפוא
שוקל פחות מחלב פושר?

ראשית, חשוב לחדד: ליטר היא מידת נפח, ולא משקל. בניגוד למה שעלול להשתמע מהשאלה, אם ניקח שקית חלב ובה ליטר חלב ונקפיא אותה, המסה של השקית ושל החלב שבה לא תשתנה – הרי שלא נוצרת מסה יש מאין.

מה שכן יקרה זה שהנפח שהחלב יתפוס יגדל (השקית תתנפח), וזאת מכיוון שהחלב הוא ברובו מים, וצפיפות המים יורדת במעבר מנוזל למוצק. תופעה זו מוכרת כ"אנומליה של המים". האנומליה של המים מתייחסת לעובדה שמים במצב צבירה מוצק (קרח) הם בעלי נפח גדול יותר ממים נוזליים (כלומר צפיפותם קטנה יותר). כאשר מקררים מים, נפחם באמת מתחיל לקטון, אך בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס התופעה מתהפכת ונפח המים מתחיל לגדול.

הקרח צפוף פחות מהמים, ולכן הוא צף על פניהם. איור של קרח צף על המים | מקור: Kolonko, Shutterstock

קצה הקרחון

בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס נפח המים הוא הקטן ביותר וצפיפותם הגבוהה ביותר. בטמפרטורת הקפיאה של המים (0 מעלות צלזיוס בלחץ אטמוספרי) נפח הקרח גדול ב-10 אחוזים מנפח המים. זו הסיבה לכך שקרחונים צפים במים – הם פחות צפופים מהמים עצמם. זהו גם מקור הפתגם "רואים רק את קצה הקרחון". מכיוון שנפח הקרח גדול ב-10 אחוזים מנפח המים, רק 10 אחוזים מהקרחון נמצאים מעל פני המים ואילו 90 אחוזים שקועים מתחת לפני המים וסמויים מן העין – כפי שצופה גם חוק ארכימדס.

לכן, אם ניקח בדיוק ליטר של חלב קפוא ונשקול אותו אל מול ליטר חלב פושר, המסה תהיה זהה, אך ליטר החלב הנוזלי יכיל יותר מסה ליחידת נפח מאשר החלב הקפוא, כיוון שחלב קפוא פחות צפוף מחלב נוזלי.