물컵에 얼음을 넣으면 가라앉지 않고 위로 동동 뜬다. 같은 물이 굳은 것인데 왜 물속으로 가라앉지 않고 떠 있는지 궁금해하는 사람이 많다.
물에 뜨고 가라앉는 것은 무게 밀도로 갈린다. 같은 부피일 때 더 가벼운 것은 뜨고 더 무거운 것은 가라앉는데, 얼음은 같은 부피의 물보다 가볍다.
대부분의 물질은 얼면 부피가 준다. 액체가 굳으면 알갱이들이 촘촘히 모여 부피가 줄고 무거워지는 것이 보통인데, 물은 특이하게 반대로 움직인다.
물은 얼면 오히려 부피가 는다. 물이 얼 때 알갱이들이 규칙적인 모양으로 배열되면서 사이에 빈틈이 생겨, 같은 양이라도 얼음이 되면 부피가 커진다.
부피가 늘면 그만큼 가벼워진다. 같은 무게가 더 넓게 퍼지니 같은 부피로 따지면 얼음이 물보다 가벼워, 물 위로 떠오르는 것이다. 떠 있는 얼음이 수면 위로는 조금만 나오고 대부분 잠겨 있는 것도 이 미세한 무게 차이 때문이다.
페트병에 물을 얼리면 이를 확인할 수 있다. 물을 가득 채워 얼리면 부피가 늘어 병이 빵빵해지거나 넘치는데, 물이 얼며 부피가 커진다는 증거다. 냉동실에 넣어 둔 물병이 불룩하게 부풀어 있는 것도 누구나 흔히 겪는 일이다.
겨울에 수도관이 터지는 것도 이 때문이다. 관 속 물이 얼며 부피가 늘어 관을 밀어내니, 추운 날 수도관이 얼어 갈라지는 일이 생긴다.
얼음이 뜨는 성질은 자연에 중요하다. 호수가 얼 때 얼음이 위에 뜨고 아래는 물로 남아, 그 아래 물고기가 겨울을 날 수 있는 것이다.
얼음이 가라앉는다면 이야기가 달라진다. 만약 얼음이 무거워 바닥부터 얼었다면 물속 생물이 겨울을 나기 어려웠을 테니, 얼음이 뜨는 것은 다행스러운 성질이다.
정리하면 얼음이 물에 뜨는 것은 물이 얼면서 부피가 늘어 같은 부피의 물보다 가벼워지기 때문이다. 대부분 물질과 반대인 이 특이한 성질 덕에 호수도 위부터 어는 것이다.