Почему бутылка с водой, помещённая в морозилку, может лопнуть?

Бутылка с водой в морозилке может лопнуть из-за того, что вода при замерзании увеличивается в объёме и создаёт очень большое давление на стенки.

Что происходит по шагам

1. Вода начинает охлаждаться и замерзать обычно с краёв.
   Стенки бутылки холоднее, поэтому лёд сначала образуется у стенок и в верхней части.

2. Лёд занимает больше места, чем жидкая вода.
   У большинства веществ при затвердевании объём уменьшается, но у воды наоборот: при переходе в лёд её кристаллическая решётка становится более “рыхлой”. Поэтому замёрзшая вода расширяется (в среднем примерно на ~9% по объёму).

3. Расширению становится “некуда деваться”.
   Если бутылка заполнена почти под горлышко или плотно закрыта, лёд, появляясь и увеличиваясь, начинает выдавливать оставшуюся жидкую воду и упираться в стенки.

4. Давление растёт, пока не превысит прочность бутылки.

   • Стекло почти не деформируется, поэтому оно трескается или разлетается.

   • Жёсткий пластик может дать трещину или разойтись по шву.

   • Мягкий пластик чаще просто раздувается, но если воды слишком много или пластик старый/хрупкий — тоже может лопнуть.

Почему иногда не лопается

• Если в бутылке есть достаточно воздуха/свободного объёма, расширяющемуся льду есть куда “поместиться”.

• Если крышка не закручена до конца, часть давления может уйти через горлышко.

• Некоторые бутылки сделаны из пластика, который сильно тянется, и они выдерживают расширение.

Итого: причина в аномальном расширении воды при замерзании и в том, что в закрытой или почти полной бутылке это расширение превращается в давление, способное разрушить материал.