Fizyka Mpemby, matematyka Mpemby i cały szereg nauk Mpemby to początek listy złośliwości, jakimi nauczyciele raczyli w szkole Erasto Mpembę, tanzańskiego chłopca, który potrafił zamrażać lody szybciej niż inni. Ich produkcja przeczyła bowiem istotnemu prawu Newtona.

Erasto robił błyskawiczne lody, wkładając do zamrażalnika gorącą mieszaninę wody z mlekiem zamiast zimnej. Żaden z nauczycieli nie potrafił tego rozsądnie wyjaśnić. O co chodziło z lodami, dowiedzieliśmy się dopiero teraz od naukowców z Singapuru.

Woda jest jedną z najczęściej występujących substancji na Ziemi. Jest też jedną z najbardziej niesamowitych. Jej zupełnie niespotykane właściwości sprawiły, że życie stało się możliwe. Przykładowo większość płynów zwiększa swoją gęstość w miarę schładzania. Tak też dzieje się z wodą, tyle że do pewnej granicy. Maksymalną gęstość woda osiąga w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Później jej gęstość się zmniejsza. W efekcie lód ma gęstość mniejszą od wody. Dzięki temu góry lodowe utrzymują się na powierzchni, a zbiorniki wodne zamarzają od powierzchni do dna, a nie odwrotnie.

icon/Bell Czytaj ten tekst i setki innych dzięki prenumeracie
Wybierz prenumeratę, by czytać to, co Cię ciekawi
Wyborcza.pl to zawsze sprawdzone informacje, szczere wywiady, zaskakujące reportaże i porady ekspertów w sprawach, którymi żyjemy na co dzień. Do tego magazyny o książkach, historii i teksty z mediów europejskich. 
 
Więcej
    Komentarze
    Tutaj jest link do artykułu w wersji dla arXiv: <a href="http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1310/1310.6514.pdf" target="_blank" rel="nofollow">arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1310/1310.6514.pdf</a>
    już oceniałe(a)ś
    5
    0
    Wreszcie jakaś fajna dyskusja.
    już oceniałe(a)ś
    2
    0
    Akurat ten temat był przedmiotem konkursu rozpisanego bodajże przez Royal Chemical Society z nagrodą 10000 eur, a nagrodzone rozwiązani było inne. Jednak nie takie jak poniżej. Wytłumaczenie jest daleko prostsze i nie wymaga mnożenia bytów. Rzecz w tym, że każda ciecz gorąca paruje bardziej intensywnie niż chłodna. Ergo, nawet w zamkniętych naczyniach, jeżeli umieścimy początkowo te same ilości cieczy, to po pewnym czasie w naczyniu z gorącą cieczą będzie mniej CIECZY. Proszę też zauważyć, że szybkość parowania zależy także ( mówiąc ściślej: jest wprost proporcjonalna) do powierzchni cieczy ( żeby nie było wątpliwości: powierzchni cieczy w pierwszej potędze) Ktośkto studiował chemię czy nauki pokrewne to to po prostu wie, pozostali niech przyjmą na wiarę albo sprawdzą. Proszę też zauważyć, że pojemność cieplna cieczy jest z kolei proporcjonalna do jej objętości. Zatem, postawmy pytanie: dla dwóch próbek cieczy o tej samej temperaturze, lecz innej objętości, która będzie stygła szybciej? Otóż szybciej będzie stygła ta, która jest mniejsza. Wynika to z tego, że o ile objętość jest proporcjonalna do 3-ej potegi wymiaru liniowego, to powierzchnia tylko do 2-ej. Zatem mniejsza próbka będzie miała większą powierzchnię WSTOSUNKU DO OBJĘTOŚCI niż większa. I choć bezwględna utrata energii cieplnej będzie większa w wypadku próbki większej, to jednak utrata tejże energii na jednostkę objętości dokładnie na odwrót. Zatem w mniejszej próbce temperatura będzie spadać szybciej i prędzej osiągnie punkt krzepnięcia. Co było do udowodnienia :) PS. Pozdrowienia dla Ufnala
    Jesteś dobra z polskiego, ale nad fizyką musisz jeszcze popracować.
    już oceniałe(a)ś
    7
    5
    Tak? A mogę prosić o rozwinięcie :)
    już oceniałe(a)ś
    3
    1
    "Ergo, nawet w zamkniętych naczyniach, jeżeli umieścimy początkowo te same ilości cieczy, to po pewnym czasie w naczyniu z gorącą cieczą będzie mniej CIECZY. " I co ciecz (te "mniej" cieczy) zamarznie a nad lodem będzie się unosić para? I ta para nie skondensuje oddając ciepło parowania? Przemyśl swój eksperyment albo lepiej, zrób go.
    już oceniałe(a)ś
    5
    1
    @wera95 Nic nie udowodniłeś. To co piszesz o parowaniu jest trywialne, tak zachodzi taki proces ale nie podałeś jak bardzo wpływa na chłodzenie. Następnie takie wyniki porównuje się z eksperymentem, w którym bierze się pod uwagę wszystkie czynniki. Np. można wstawić dwa pojemniki do lodówki gdzie ten gorący rozpuści warstwę lodu i będzie miał lepszy kontakt z podłożem przez co będzie się szybciej wychładzał. Takim wyjaśnieniem można było zamknąć Ernest. Nie mniej naukowiec tak nie postępuje i dokładnie bada takie przypadki, przeprowadzając doświadczenie tak aby zminimalizować wpływy rożnych zjawisk, wyniki podaje z wyliczeniem wpływu wszystkich zjawisk i marginesem błędu. Wyniki publikuje w pracy, a inni naukowcy przeprowadzają niezależne własne pomiary. Kiedy wszystkie prace dają te same wyniki zjawisko można uznać za dobrze zmierzone. Zjawisko Mpemby ma już długa siwa brodę, czy ty masz ludzi za idiotów?
    już oceniałe(a)ś
    1
    0
    @rpyzel, pokreconyolivier najpierw rpyzel: ależ oczywiście, że najprawdopodobniej skondensuje. co więcej: nie tylko skondensuje, lecz zamarznie. Na ściankach naczynia. Tak czy inaczej CIECZY ubędzie, o co mi dokładnie chodziło pokrecony_olivier. Efekty cieplne parowania są znane (nb uzasadniają zjawiski Mpemby) ale nie są potrzebne w moim tłumaczeniu, to i nie rozwodziłem się nad nimi. Dla mnie punktem wyjścia sa dwie różne ilości cieczy o tej samej temperaturze, które na chłopski rozum powinny stygnac tak samo szybko; jednak tylko na chłopski rozum. Opisałem również jak dochodzi do tego, że przy poczatkowo takiej samej ilości cieczy, po czasie ta ilość nie jest już taka sama :) Co zaś się tyczy eksperymentów, to tu jest słabość, gdyż nie we wszystkich kombinacjach temperatur cieczy, otoczenia itd zjawisko Mpemby ma miejsce ( o czym pewnie wiecie) Niemniej to co napisałem uważam za wytłumaczenie przy założeniach, że różnice temeperatur są odpowiednio małe.
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    @wera95 Twój punkt wyjścia jest źle przeprowadzonym eksperymentem jeśli chodzi o zjawisko Mpemby. Parowanie to jedno z podstawowych zjawisk które się uwzględnia, to ze parowanie zmniejsza objętość jest oczywiste. Żeby coś wyjaśnić trzeba podać wyliczenia dla każdego ze zjawisk, samo parowanie i jego pochodne nie wystarcza. I na miłość boska, czemu ludzie uważają ze nie wzięto podstawowych zjawisk badając to zjawisko? Przecież badan nie prowadza kompletni idioci.
    już oceniałe(a)ś
    1
    0
    W podanym eksperymencie różnica temperatur była duża.
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    @wera95 Punktem wyjścia jest stwierdzenie faktu, że woda gorąca zamarza szybciej. Nie jest jednak powiedziane o ile szybciej. Jeżeli chodzi o parowanie i jego efekty to było kilka tłumaczeń, które słusznie zwracały rolę na to zjawisko natomiast ograniczały sie do utraty ciepła przez ciecz, nie zas do utraty objętości. jeżeli znasz temat, który jak sam zauważasz ma długą brodę, to wiesz o tym doskonale. Natomiast istniejące tłumaczenia nie dawały ( z wyjątkiem tego o zawartości rozpuszczonych gazów lub substancji mineralnych) odpowiedzi, dlaczego w pewnym momencie pierwotnie gorąca woda osiąga temperaturę chłodniejszej i nadal schładza się szybciej. Akurat zmniejszenie ilości cieczy tłumaczy to doskonale i nie powołuje niepotrzebnych bytów
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    @wera95 "Akurat zmniejszenie ilości cieczy tłumaczy to doskonale i nie powołuje niepotrzebnych bytów" Po odjęciu wszystkich bytów takich jak parowanie które trochę zmniejsza ilość wody, pozostał jeden główny punkt wyjścia, chłodzenie wody. - podjesz niby wyjaśnienie, bez żadnych oszacowań - wszystko co piszesz zachodzi, ale nie wystarcza do wyjaśnienia bilansu - na dodatek parowanie to najbardziej oczywiste zjawisko które się w tym bilansie uwzględnia
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    wera95 "lecz zamarznie. Na ściankach naczynia." Bo zajdzie resublimacja zamiast kondensacji i zamarzania? Sprawdziłaś?
    już oceniałe(a)ś
    1
    0
    @wtw Masz rację, tylko nikt nie napisał jaka. Chcecie natomiast, żebym ja podał dokładne wyliczenia. z tym efektem to jest tak, że po nie jest dokładnie zdefiniowany. To znaczy wszyscy wiedzą o co chodzi ale nie jest to ubrane w jednoznaczny opis. Dlatego też nie mogę polemizować z kwestią że moja teoria nie wystarcza do wyjaśnienia bliansu bo takiego bilansu po prostu NIE MA. Zapewne dałoby się to opisać matematycznie z wykorzystaniem rachunku różnicowego, ale to już nie na moją głowę
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    @rpyzel Wbrew pozorom, nie ma to większego znaczenia jeżeli jak napisałeś stawiasz resublimację w opozycji do kondensacji i zamarzania. Poza tym woda raczej łatwo poddaje się resublimacji. A sprawdził każdy, komu zdarzyło się wstawić butelkę z gorącym płynem do zamrażalnika i zabserwował szron od środka butelki. Mało istotne, czy powstał przez resublimację czy przez kondensację i zamrażanie
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    Z tych też przyczyn uważam, że teoria stanowi na odpowiedź na pytanie jak to się dzieje, natomiast nawet nie próbuje dawac odpowiedzi na pytanie " dla danej temperatury w zamrażalniku przy jakiej jeszcze różnicy temperatur woda cieplejsza zamarznie przed chłodniejszą"
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    @wera95 Co zaś do eksperymentu, który by to obalał/ potwierdzał - jest dosyć prosty - umieścić wodę w dwóch naczyniach tak, żeby zajmowała dokładnie całą ich objętość :) Zgadza się, chłopaki?
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    @wera95 Skup się, parowanie jest brane pod uwagę jako jeden z czynników. Amerykę w konserwach odkrywasz. Artykuł jest dla zjawiska chłodzenia wody po wyeliminowaniu wszystkich dodatkowych czynników. Z artykułu: "...number of possible explanations have been proposed in terms of evaporation, convection, frost, supercooling,..."
    już oceniałe(a)ś
    3
    0
    @wera95 ja to rozumiem w ten sposob, ze podgrzewanie wody niszczy wiazania wodorowe. Gdy taka podgrzana woda sie schladza, to czesc energii (w tym wypadku ciepla) idzie w opiane w artykule "wydluzenie" wiazan kowalencyjnych. Tak wiec energia zmienia postac, ale pozostaje nadal w ukladzie. Nie musi byc odebrana przez zamrazalnik. Chemii uczylam sie ostatnio jakies 15 lat temu, wiec to jest tylko moja interpretacja informacji z artykulu.
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    Dwa zdania: "Cooling shortens the O:H bond, which kicks the H-O bond from low-energy state to high-energy state to release its energy at a rate that depends on the initial storage, therefore, Mpemba effect happens." "At cooling, the contraction of the O:H bond ejects the O atom in the H-O bond from the low-energy state to high to release energy" O ile nic się nie zmieniło w nauce to podczas przechodzenia ze stanu o niskiej energii do stanu o wysokiej energii, energia była własnie absorbowana i magazynowana w stanie wysokoenergetycznym, a nie uwalniana (release)
    już oceniałe(a)ś
    0
    1
    @krolowa_karo Zasadniczo masz racje, ale spojrzyj na to co teraz dopisałem. ja uczyłem się ostatnio jakieś 25 lat temu, ale pewnych rzeczy nie idzie mi przełknąć :)
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    <a href="https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/d8a2f611e853" target="_blank" rel="nofollow">medium.com/the-physics-arxiv-blog/d8a2f611e853</a> Gwoli ścisłości nie wszyscy akceptują bez zastrzeżeń prace prof. Xi
    @wera95 Na tym polega nauka, nowa teoria, grom krytyki, jak przetrwa to zaczyna być akceptowana.
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    <a href="http://www.if.pw.edu.pl/~bibliot/archiwum/adamczyk/WykLadySO/SO%20MATERII%2005.html" target="_blank" rel="nofollow">www.if.pw.edu.pl/~bibliot/archiwum/adamczyk/WykLadySO/SO%20MATERII%2005.html</a> Poza tym co do wiązań wodorowych w funkcji temperatury, dotychczasowa wiedza jest dokładnie przeciwna
    @wera95 Dotychczasowa wiedza na Polskę i rok 2005, vs. Singapur rok 2013. Marnie to widzę, nie kliknolem nawet na link.
    już oceniałe(a)ś
    5
    0
    Czyli woda schładzając się z 90 stopni do 0 nigdy nie osiąga 60 stopni czy, nie daj Boże, 25 bo wtedy musiałaby się schładzać od nowa dwa razy dłużej. Tu już nawet nie chodzi o fizykę czy o chemię ale o zwykły rozsądek, panowie redaktorowie.
    @poziomka_vr A zdroworozsądkowo wziąłeś pod uwagę zjawisko schładzania i podgrzewania? Zupa podgrzana do 90 stopni i schodzona do 40 jest smaczna, podgrzana do 110 się przypali i jest niesmaczna. Z tego co piszesz wyniki ze zupa powinna być smaczna bo schładzając się ze 110 osiągnęła po drodze temperaturę 90 stopni.
    już oceniałe(a)ś
    1
    0
    @poziomka_vr Dałem plus bo to jest jedna z trudniejszych kwestii w tej sprawie i o nią rozbija się wiekszość dowodów. Jeżeli woda osiągnie temperature tą samą co chłodniejsza próbka, to dlaczego dalej ma się chłodzić szybciej? Moja teoria to tłumaczy.
    już oceniałe(a)ś
    1
    4
    @wera95 Twoja teoria bazuje na jednym z podstawowych zjawisk które bierze się pod uwagę wyliczając bilans. Wynik jest taki, ze to nie wystarcza. Artykuł mówi jedno, nie wystarcza bo woda ma właściwości bardziej złożone niż płyn doskonały i ważne jest od jakiego momentu zaczęło się schładzanie.
    już oceniałe(a)ś
    2
    1
    @pokrecony_oliver Wiesz, chyba przeczytam ten artykuł, bo dla mnie to co napisano jest delikatnie mówiąc niezbyt jasne. Szczerze mówiąc nie bardzo widzę zwiazek miedzy skracaniem wiązań a oddawaniem energii. Nie napisali w jakiej formie jest oddawana. Na logikę, która jdnak czsami zawodzi, powinna w tym miejscu pojawiać sie energia cieplna. czy li dokładnie na odwrót w stosunko do tego co jest napisane. ogólnie artykół do d.
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    @wera95 <a href="http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1310/1310.6514.pdf" target="_blank" rel="nofollow">arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1310/1310.6514.pdf</a>
    już oceniałe(a)ś
    1
    0
    Woda o temperaturze 90 deg schładzając się nie osiągnie nigdy temperatury 60 deg. Temperatura układu jest określona jeżeli układ jest w stanie równowagi termodynamicznej. Chłodzona, zwłaszcza szybko, woda nie jest w stanie równowagi. Różne części są w różnej temperaturze.
    już oceniałe(a)ś
    1
    0
    @hedera Zasadniczo racja, niemniej ruchy konwekcyjne były brane pod uwagę w tej pracy. "...possible explanations have been proposed in terms of evaporation, convection..." Na dodatek rozważając odpowiednio mały obszar w pojemniku można dla niego przyjąć ze posiada temperaturę. Podczas schładzania cała woda osiągnęła 60 stopni w różnych miejscach i w różnym czasie. Jest to istotne ponieważ w artykule rozpatrywany mechanizm jest dla skali molekularnej. Ponieważ sama konwekcja nie wyjaśnia zjawiska po oszacowaniu wkładu do bilansu można przyjąć dla uproszczenia temperaturę dla całego pojemnika. Można tez mieszać wodę podczas schładzania co pozwala przyjąć ze posiada temperaturę w danym momencie.
    już oceniałe(a)ś
    0
    2
    wera95 NO i po co te głupie naukowce się nad tym głowiły? Mogły, głupie singapurczyki ciebie spytać. Mieliby na tacy, bez roboty.
    już oceniałe(a)ś
    15
    20
    A może wyjaśnienie tego zjawiska jest bardziej przyziemne, niż chcieli by ci wszyscy naukowcy. Wstawianie gorącej cieczy do zamrażalnika, powoduje załączenie termostatu zamrażarki i niemal ciągłą pracę urządzenia. Może to spowodować uszkodzenie agregatu zamrażarki i dlatego nie jest zalecane przez producentów sprzętu chłodniczego. Ale jak widać jeśli zamrażarka wytrzyma, to efekt jest lepszy. Ale to samo można uzyskać wkładając chłodny płyn i blokując termostat na ciągłej pracy, lub wciskając specjalny przycisk tzw. szybkiego zamrażania, który jest w niektórych zamrażarkach. Pewnie to cała tajemnica małego Mbeby.
    @jan.w2 Bo naukowcy to zadufani w sobie mądrale? Na dodatek robią naiwne błędy niczym dziesięcioletnie dzieci?
    już oceniałe(a)ś
    1
    1
    @pokrecony_oliver Jak nie, jak tak.
    już oceniałe(a)ś
    1
    0
    @jan.w2 Idz ty lepiej sprawdź czy ci sąsiad w szkodę nie wszedł i czy świnie nakarmione.
    już oceniałe(a)ś
    1
    1
    @jan.w2 Poruszony przez Ciebie aspekt sprawy przypomina nam, że w opisach brak jest drugiego z parametrów przemiany jakim jest ilość odprowadzonego od wody/lodów ciepła. Czy w doświadczeniu mierzono ten parametr?
    już oceniałe(a)ś
    0
    0
    @jan.w2 przecież oni te lody wkładali do jednego zamrażalnika i badał to profesor, który raczej pomyślałby o takim fakcie, wiec to raczej nie to:)
    już oceniałe(a)ś
    0
    0