Z pozoru to absurd: szklanka gorącej wody trafia do zamrażarki i miałaby zamarznąć przed zimną. Zjawisko nazywa się efektem Mpemby i fascynuje naukowców od dziesięcioleci. Sprawdzamy, na czym polega, skąd się bierze i dlaczego nie zawsze wychodzi.
Na czym polega efekt Mpemby
Efekt Mpemby to obserwacja, że w pewnych warunkach woda o wyższej temperaturze początkowej zamarza szybciej niż woda chłodniejsza. Słowo „czasem” jest tu kluczowe. Nie jest to reguła, która działa za każdym razem, a wyniki zależą od wielu drobnych szczegółów doświadczenia.
Logika podpowiada, że gorąca woda musi najpierw przejść przez temperaturę, którą ma zimna woda na starcie, więc powinna się spóźnić. Dlatego efekt wydaje się paradoksem. Wskazuje on jednak, że samo „ostygnięcie do określonej temperatury” nie opisuje całego procesu zamarzania.
Skąd nazwa i dlaczego naukowcy się spierają
Nazwa pochodzi od Erasto Mpemby, tanzańskiego ucznia, który w latach 60. XX wieku zauważył to zjawisko podczas robienia lodów na lekcjach gospodarstwa domowego. Zainteresował nim fizyka, z którym później opublikował wyniki. Podobne obserwacje pojawiały się jednak w źródłach znacznie wcześniejszych.
Do dziś nie ma jednej, powszechnie przyjętej odpowiedzi. Część badaczy odtwarzała efekt w laboratorium, inni nie potrafili go powtórzyć. Spór dotyczy też tego, jak go w ogóle mierzyć: czy liczy się moment pierwszych kryształków lodu, czy całkowite zamarznięcie. Dlatego traktuj efekt Mpemby jako ciekawe, ale wciąż badane zjawisko, a nie prawo fizyki.
Możliwe wyjaśnienia
Naukowcy podają kilka hipotez. Prawdopodobnie w różnych sytuacjach działają różne mechanizmy, często naraz.
- Parowanie. Z gorącej wody paruje więcej cieczy, więc zostaje jej mniej do zamrożenia. Mniejsza masa chłodzi się szybciej.
- Rozpuszczone gazy. Podgrzewanie usuwa część gazów z wody, co może zmieniać jej właściwości podczas chłodzenia.
- Konwekcja. W naczyniu z gorącą wodą silniej krąży ciecz, co może przyspieszać oddawanie ciepła do otoczenia.
- Przechłodzenie. Woda potrafi zejść poniżej 0°C i nadal pozostać płynna. Moment, w którym zacznie tworzyć się lód, bywa dość losowy i może wyprzedzić zimniejszą próbkę.
- Kontakt z zamrażarką. Gorące naczynie może przetopić warstwę szronu pod spodem, dzięki czemu lepiej przylega do półki i szybciej oddaje ciepło.
W domowych warunkach najczęściej to właśnie takie szczegóły przesądzają o wyniku, a nie jedna „tajemnicza” właściwość gorącej wody.
Jak sprawdzić to w domu
Eksperyment jest prosty, ale łatwo go zepsuć. Żeby porównanie miało sens, zadbaj o to, by obie próbki różniły się jak najmniej poza temperaturą.
- Weź dwa identyczne naczynia, najlepiej takie same kubki lub pojemniki, i nalej do nich tę samą ilość wody.
- Jedną porcję podgrzej, drugą zostaw chłodną. Zmierz temperaturę termometrem kuchennym, żeby wiedzieć, od czego startujesz.
- Ustaw naczynia w zamrażarce w podobnych miejscach, w pewnej odległości od siebie i od ścianek, najlepiej na tej samej podstawce.
- Zaglądaj regularnie, ale jak najrzadziej otwieraj drzwiczki, bo zmienia to temperaturę wnętrza. Zapisuj, kiedy pojawia się pierwsza warstwa lodu, a kiedy woda zamarza całkowicie.
- Powtórz test kilka razy. Pojedynczy wynik nic nie dowodzi, bo przechłodzenie bywa kapryśne.
Uważaj przy wlewaniu bardzo gorącej wody do szklanych naczyń, bo mogą pęknąć. Lepiej użyj naczyń odpornych na nagłe zmiany temperatury lub plastikowych pojemników przeznaczonych do zamrażarki, i nie napełniaj ich po brzegi, ponieważ woda zwiększa objętość podczas zamarzania.
Czy warto z tego korzystać na co dzień
Krótko: raczej nie. Nawet jeśli efekt wystąpi, różnica w czasie bywa niewielka i niepewna, a gorące naczynia obciążają zamrażarkę i mogą podnieść temperaturę przechowywanych obok produktów. Jeśli zależy ci na szybkim lodzie, rozsądniej użyć płaskich, płytkich foremek, które mają większą powierzchnię oddawania ciepła, i dobrze schłodzonej zamrażarki.
Efekt Mpemby jest za to świetnym pretekstem do domowego doświadczenia z dziećmi lub znajomymi. Uczy, że w nauce ważne są powtarzalność pomiarów, kontrola warunków i uczciwe przyznanie, że nie wszystko jeszcze wiemy. Czasem zwykła woda w zamrażarce potrafi okazać się większą zagadką, niż się wydaje.