冬天清早，枯草上积了白白的一层霜，池塘里结起了薄薄的冰。   　　这些景象大家都熟悉，也不怎样去注意。可是这里面却有一个有趣而值得研究的问题，那就 是冰居然从水面结起，而且浮在水面上，不沉下去。   　　你是否想到过:物质的热胀冷缩与水的结冰现象究竟有多大的矛盾?   　　火车轨道的钢轨接头地方，不是留着一定距离的间隙吗?   　　这正是因为估计到在火车开过的时候钢轨要伸长，在夏天烈日之下要伸长，所以特地留出的空隙，免得钢轨在受熟的时候没有膨胀的余地而拱起或胀弯。   　　有经验的家庭主妇在冲开水到厚玻璃杯中之前，住往先用少量的开水在杯内涮一涮，目的是使整个杯子受熟均匀，不至于爆裂。如果杯子的某一部分突然受熟，它就要膨胀，而玻璃又是热的不良导体，周围玻璃没有来得及受熟，于是就会爆裂。熟的煤油灯罩突然遇冷(如碰到水)破裂，就是同样的道理。   　　根据热胀冷缩的道理，水应该从下面冻起，因为水愈冷密度就愈小，总应孩是沉下去的。同样，任何一种物质，它的固体应该比它的液体重，例如在熔融的铅水中，放进一块固体铅，铅块就立即沉下去了。可是水为什么偏偏从上面开始冻结，而结成的固体的冰竟浮在液态水的上面，难道水没有如热胀冷缩的性质吗? 　　肯定的说:水也有热涨冷缩的性质，注意一下烧水的情况就可以知道了。火炉是放在水壶下面的，下层的水受热使体积增大而上浮，较冷的水就会下降，代替前者的地位，这样水就会很快烧开。如果把火炉放在水壶的上面不知要花多少时间才能把水烧开. 这因为水是热的不良导体，它只能借对流作用而傅熟的缘故。因此当水变冷的时候也有对流现象:变冷了的水下沉，下层的水被迫上浮。不过这样的运动到水的温度全都降到4℃的时候就停止了，以后热a表面的水的温度再降低多少，也不会再下沉了。   　　原来水有一个奇怪的特性;它在4℃的时候密度最大。凡高于或低于4℃时，它的密度都要变小。从试验中，可以清楚的观察到水的这一特性。如图2所示，圆筒侧面的上下部，各有一个小孔，在这两个小孔里都插着一支温度表，圆筒里面装满了水，圆筒外面的中部容器里装着冰和临的混合物(冰和临的混合物可以把温度降到0℃以下)。这时注意温度表的变化:开始的时候，上面的温度表的度数几乎没有变化，下面的温度表的度数则很显着的降低，直到4℃才停下来，温度表度数不断降低，直到降到0℃，最后，上不和中部的水开始结冰，而下面的温度仍旧为4℃，且不会再继续下降，证明水在4℃时密度最大。这也是严寒的冬季水生生物不会冻死的原因。