Такі ролики набирають популярності щозими у багатьох країнах світу. Що ж таке ефект Мпемби – розповість 24 Канал.

До теми Яким був найбільший температурний антирекорд в Україні

Хто такий Мпемба та у чому полягає його ефект?

Той факт, що гаряча вода замерзає швидше за холодну, відомий вже багато століть. Першим про це почав говорити Арістотель, який у 340 році до нашої ери заявив, що попередньо нагріта вода стигне швидше. Згодом це явище обговорювали у середньовіччі, коли європейські фізики намагалися розробити теорію теплообміну. Але до XX століття воно було відомим лише як народна легенда, мовиться у статті Каліфорнійського університету "Чи може гаряча вода замерзнути швидше за холодну?"

Так тривало до 1969 року, поки учень з Танзанії Ерасто Мпемба не розповів світові, як він готував морозиво та з яким феноменом зіткнувся. За його словами, у 1963 році, коли навчався у 3 класі, він готував морозиво у школі, змішуючи молоко, яке щойно закипіло, з цукром. Йому слід було дочекатися, поки молоко охолоне, перш ніж ставити його в холодильник. Але Ерасто поспішав звільнити місце та поставив молоко, не охолодивши його.

На свій подив, школяр виявив, що його гаряче молоко замерзло та перетворилося на морозиво раніше, ніж в інших учнів. Він попросив пояснення у свого вчителя фізики, але той відповів, що, мабуть, це помилка, оскільки таке неможливо.

Ерасто тоді повірив своєму вчителю. Але пізніше того ж року він зустрів друга, який робив і продавав морозиво у місті Танга. Друг розповів, що під час приготування морозива він ставить гарячі рідини в холодильник, щоб вони швидше замерзли. Згодом школяр з'ясував, що інші продавці морозива в Танзі дотримуються тієї ж практики.

Пізніше, вже навчаючись у старшій школі, Мпемба вивчив закон охолодження Ньютона, який описує, як повинні охолоджуватися нагріті тіла. Він знову запитав учителя, чому гаряче молоко замерзає швидше за холодне, коли ставиш його в морозильник. На це вчитель відповів, що той, мабуть, заплутався. Коли Мпемба продовжив сперечатися, вчитель сказав: "Все, що я можу сказати, це те, що це фізика Мпемби, а не універсальна фізика". Але коли Мпемба пізніше провів експеримент з гарячою та холодною водою у біологічній лабораторії своєї школи, він знову виявив, що гаряча вода замерзає швидше.

Через роки глузувань і осудів Мпемба отримав можливість поставити своє питання справжньому професору фізики, і отримав дещо теплішу відповідь.

Зізнаюся, я думав, що він помиляється. Але, на щастя, я згадав про необхідність заохочувати студентів до розвитку критичного мислення та вміння ставити запитання. Жодне питання не повинно висміюватися"
– пригадував Деніс Озборн, професор фізики з танзанійського Університету Дар-ес-Салама.

Відкритість Озборна до експериментів пішла користь Мпембі. Науковець доручив одному зі своїх лаборантів повторити експеримент, і вони підтвердили, що гаряча вода справді замерзає швидше. Фактично, була виявлена ​​досить різка залежність: найгарячіша вода, яка має температуру близько 90°C, замерзала всього за 30 хвилин, тоді як вода з початковою температурою 70°C замерзала майже годину. Найхолодніша з протестованих мала температуру 20 °C, і вона замерзала цілих 100 хвилин.

Ефект Мпемби на практиці: дивіться відео

Зрештою у 1969 Мпемба та Озборн описали свої результати у науковій праці, і про них дізнався весь світ.

Чому виникає ефект Мпемби?

Вчені досі намагаються з'ясувати, як і чому виникає цей ефект. І поки жоден не дав однозначної відповіді.

Сьогодні існує кілька теорій щодо цього

  • Випаровування – за високих температур випаровується більше води, ніж за низьких. Це відбувається тому, що випаровування вимагає більше енергії.
  • Розчинені гази – гаряча вода може містити менше розчинених газів, ніж холодна, і велика кількість газу випаровується під час кипіння. Тому у теплішій воді може бути менше розчинених газів. Це якимось чином може змінювати властивості води, можливо, полегшуючи утворення конвекційних потоків.
  • Конвекція – під час того, як вода охолоджується, у ній утворюються конвекційні потоки та нерівномірний розподіл температури. Щільність води зменшується з підвищенням температури, тому її поверхня буде теплішою за дно: це явище називається "гарячою вершиною". Якщо вода втрачає тепло переважно через поверхню, то вода з гарячою вершиною буде втрачати тепло швидше, ніж можна було б очікувати, виходячи з її середньої температури.
  • Навколишнє середовище – ще одне відмінність в охолодженні двох ємностей пов'язане не із самою водою, а з навколишнім середовищем. Спочатку тепліша вода може змінити навколишнє середовище і це впливає на процес її охолодження.

Як виникає ефект Мпемби: дивіться відео

У чому небезпека від виливання окропу на холодному повітрі?

Треба бути дуже обережним з експериментами з ефектом Мпемби, адже передусім вода має бути достатньої температури – 100 градусів або близькою до цього. Також має надворі має бути мороз – деколи і -11 градусів недостатньо.

Якщо все зробити неправильно – замість ефектної хмари пари, ви можете отримати опіки. Часто буває, що окріп виливається людям прямо в обличчя.

Дивіться відео невдалого експерименту з ефектом Мпемби

Чи має сніг свій запах?

Люди відчувають запах, який з’являється під час дощу. Також існує запах озону, за яким можна відчути наближення грози. Деякі вчені вважають, що зі снігом відбувається дещо подібне.

За словами професора Йогана Лундстрема, сніжинки під час падіння діють як своєрідні "пилососи" – активно збирають на свою поверхню леткі сполуки з навколишнього середовища. Тому сніг у місті пахне помітно інакше, ніж у віддаленій арктичній глушині.

А є й альтернативне пояснення: можливо, ми відчуваємо не стільки запах самого снігу, скільки відсутність запахів узагалі.

Докладніше про те, чи має насправді сніг свій запах, – у матеріалі 24 Каналу.