15
1963 год, танзанийская школа. Подросток Эрасто Мпемба варит домашнее мороженое из молока с сахаром. Мест в морозилке мало, время поджимает — он ставит горячую смесь рядом с холодными порциями одноклассников. И вдруг его мороженое замёрзло первым. Мпемба спрашивает учителя: почему горячая вода замерзает быстрее? Тот отмахивается — мол, бред. Но школьник упрямый. Когда в школу заезжает физик Денис Осборн, вопрос повторяется. Осборн проверяет в лаборатории и подтверждает: иногда горячая вода действительно опережает холодную на пути ко льду.
Так появился эффект Мпембы — парадокс, о котором смутно догадывались ещё Аристотель, Бэкон и Декарт, но доказали только благодаря настойчивости африканского подростка.
Почему горячая вода иногда выигрывает гонку
Эффект проявляется не всегда — он капризный, зависит от сосуда, примесей, даже от истории нагрева воды. Учёные до сих пор спорят, но предлагают несколько объяснений. Одна версия — испарение. Горячая вода активно теряет пар, объём уменьшается, и замораживать остаётся меньше — вот и финиш раньше. Другая — растворённые газы. При нагреве они уходят, а без них кристаллизация идёт быстрее, без "пробок" из пузырьков.
Третья связана с конвекцией. В горячей воде тёплые слои поднимаются, холодные опускаются — тепло уходит равномернее, и охлаждение ускоряется. Ещё есть переохлаждение. Холодная вода порой остывает ниже нуля, но не замерзает сразу, а горячая начинает кристаллизоваться раньше и "тянет" процесс. В последние годы парадокс дошёл до квантовой физики — там нашли похожий эффект в сложных системах. Загадка жива, и это напоминает, как мало мы знаем даже о простой воде.
Почему катки всё-таки заливают горячей водой
Зимой на улицах и в аренах лёд делают водой 50–60 °C. Многие сразу думают на эффект Мпембы, но здесь другая история — всё ради качества поверхности. Горячая вода лучше растекается. Она заполняет все царапины и неровности от коньков, слой ложится ровно, без бугров. Она вытесняет воздух. Пузырьки уходят, лёд получается плотным и прозрачным, как стекло — коньки скользят идеально. Она замерзает чуть медленнее на воздухе. Это даёт время разровнять слой, сделать его гладким, как зеркало. Холодная вода схватывается мгновенно — появляются пузыри, муть, неровности.
Основные толстые слои часто наносят холодной для скорости, а финишный всегда горячий — как финальная полировка. Так что блестящий каток под ногами — результат проверенного приёма ледоваров, а не научного парадокса. Хотя эффект Мпембы продолжает удивлять: в обычном стакане воды прячутся тайны, которые мы разгадываем десятилетиями.
yaplakal.com