Почему нагретая на дне кастрюли вода становится менее плотной и выталкивается наверх?

Ты, надеюсь, уже слышало, что при нагревании тела расширяются?
Но если тело стало больше в объеме, а масса его при этом никак не изменилась - это и означает уменьшение плотности! Ведь "плотность" - это именно отношение массы к объему.
Соответственно, если порция воды стала легче, то окружающая, более тяжелая вода начнет перевешивать и постарается протиснуться ПОД эту порцию. А ей тогда не остается ничего другого, как выталкиваться наверх. Вот и готова "конвекция". Это тот же самый закон Архимеда, только "тела" в нем участвуют на этот раз жидкие, а не твердые.
Впрочем, то же явление работает и с газами, и даже с твердыми телами. Просто у твердых тел трение сильное, оно мешает проявляться закону Архимеда.
Например, если насыпать в ящик песок, и сверху положить железку, а потом ПОТРЯСТИ этот ящик (вибрация поможет телам преодолевать сухое трение) - то железка УТОНЕТ в песке. А если вместо нее засунуть кусок пенопласта - то он ВСПЛЫВЕТ. Так что закон Архимеда даже для твердых тел работает :-)

чудеса просто

"Теплые вещества направляются наверх, почему?"
"вода становится менее плотной"
Вот такая ситуёвина... А виноват во всем Архимед со своими законами да силами и тепловое расширение.

При нагревании вещества интенсивность движения молекул повышается. Вследствие этого плотность вещества понижается вплоть до образования пара. Вещество меньшей плотности всплывает вверх.

Образование накипи.

Там уже не вода, а газ.