L’acqua calda congela più velocemente dell’acqua fredda? Sembra ovvio che la risposta dovrebbe essere no, perché a parità di condizioni, l’acqua calda impiega più tempo a raffreddarsi dell’acqua fredda, e quindi non è possibile che congeli più velocemente.
Ma le osservazioni di migliaia di anni, così come gli innumerevoli esperimenti moderni, hanno dimostrato che è vero il contrario – in condizioni attentamente controllate, l’acqua calda a volte sembra congelare più velocemente di quella fredda.
Come è possibile? Beh, è qualcosa che ancora lascia perplessi gli scienziati – infatti, stanno ancora lottando per dimostrare che l’effetto esiste, come spiega il primo episodio del nuovo canale scientifico di Derek Muller, Sciencium.
Si scopre che congelare l’acqua è molto più complicato di quanto si possa pensare.
Come spiega il video qui sopra, il fenomeno dell’acqua calda che congela più velocemente di quella fredda è noto come effetto Mpemba, dal nome di Erasto Mpemba, uno studente tanzaniano che nel 1963 stava preparando un gelato come parte di un progetto scolastico.
Gli studenti dovevano far bollire una miscela di panna e zucchero, lasciarla raffreddare e poi metterla nel congelatore.
Preoccupato di trovare un posto nel congelatore, Mpemba ci mise invece la sua miscela mentre era ancora bollente. Ma dopo 1,5 ore, la sua miscela si era congelata, mentre quella dei suoi compagni di classe no.
Interessato da questo fenomeno, ha continuato a lavorare con il professore di fisica Denis Osborne, e insieme sono stati in grado di replicare i risultati e pubblicare un documento nel 1969 che dimostra che l’acqua calda congela più velocemente di quella fredda.
È stato il primo studio peer-reviewed sull’effetto, ma come nota Derek nel video qui sopra, le osservazioni risalgono ad Aristotele nel IV secolo a.C., che durante i suoi esperimenti osservò che l’acqua calda si raffreddava prima di quella fredda.
Anche Sir Frances Bacon e Cartesio notarono il fenomeno nei loro studi.
Ma qual è la fisica dietro questo strano fenomeno?
Come spiega il video qui sopra, ci sono cinque meccanismi proposti per quello che sta succedendo qui:
- Il gelo si scioglie: La brina è un isolante, e quindi l’acqua fredda gelata potrebbe mantenere il suo calore meglio di un bicchiere caldo che scioglie la brina dai suoi lati.
- Gas disciolti: Ci sono più gas disciolti nell’acqua fredda che in quella calda, e i ricercatori hanno previsto che questo potrebbe giocare un ruolo nei tassi di raffreddamento, anche se non è chiaro come.
- Supercooling: Sappiamo tutti che l’acqua congela a zero gradi Celsius, ma a volte diventa molto più fredda prima di congelare – un fenomeno noto come supercooling. Questo accade perché il ghiaccio ha bisogno di un sito di nucleazione, come una bolla d’aria o un’impurità nell’acqua per formarsi. Quindi forse l’acqua calda sperimenta meno superraffreddamento dell’acqua fredda.
- Evaporazione: Il bicchiere di acqua calda perde più molecole d’acqua attraverso l’evaporazione, quindi ce n’è meno da congelare.
- Convezione: Infine, c’è l’idea che l’acqua calda potrebbe raffreddarsi più velocemente a causa dell’aumento delle correnti di convezione. Queste correnti si verificano perché l’acqua si raffredda principalmente dalla sua superficie e dai lati del bicchiere, causando l’affondamento dell’acqua fredda e la risalita dell’acqua calda per prendere il suo posto. Le correnti sono maggiori nei becher caldi, e potrebbero influenzare i tassi di raffreddamento.
C’è del merito in tutte queste idee, ma il problema è che gli esperimenti nel corso degli anni hanno controllato tutti questi effetti, e i risultati sono stati frustrantemente incoerenti.
Alcuni laboratori non sono riusciti a mostrare l’effetto Mpemba, mentre altri lo mostrano anche in condizioni variabili.
Quindi qual è la risposta? Beh, un nuovo studio pubblicato quest’anno suggerisce che forse l’effetto Mpemba è causato da qualcosa di completamente diverso – e non ha nulla a che fare con la velocità con cui l’acqua calda si raffredda.
Lasciamo che sia Derek a spiegarvelo nel video qui sopra, e non dimenticate di iscrivervi al suo nuovo canale.
È abbastanza folle pensare che dopo millenni di osservazioni, abbiamo ancora così tanto da imparare su qualcosa di così basilare come congelare l’acqua. La scienza è la migliore.