Ո՞ր ջուրն է ավելի արագ սառչում՝ տաք, թե սառը, ազդում է բազմաթիվ գործոնների վրա, բայց հարցն ինքնին մի փոքր տարօրինակ է թվում։ Ենթադրվում է, և ֆիզիկայից հայտնի է, որ տաք ջրին դեռ ժամանակ է պետք սառույցի վերածվելու համար, որպեսզի սառչի մինչև համեմատելի սառը ջրի ջերմաստիճանը: Սառը ջրով այս փուլը կարելի է բաց թողնել, և, համապատասխանաբար, այն ժամանակին հաղթում է։
Բայց այն հարցի պատասխանը, թե ցրտահարության ժամանակ փողոցում ո՞ր ջուրն է ավելի արագ սառչում՝ սառը, թե տաք, հյուսիսային լայնությունների ցանկացած բնակիչ գիտի։ Փաստորեն, գիտականորեն պարզվում է, որ ամեն դեպքում սառը ջուրն ուղղակի պետք է ավելի արագ սառչի։
Այդպես արեց ֆիզիկայի ուսուցիչը, որին մոտեցավ դպրոցական Էրաստո Մպեմբան 1963 թվականին՝ խնդրելով բացատրել, թե ինչու է ապագա պաղպաղակի սառը խառնուրդը սառչում ավելի երկար, քան նույնը, բայց տաքը։
«Սա համաշխարհային ֆիզիկա չէ, այլ մի տեսակ Mpemba ֆիզիկա»
Այդ ժամանակ ուսուցիչը միայն ծիծաղում էր դրա վրա, բայց ֆիզիկայի պրոֆեսոր Դենիս Օսբորնը, ով ժամանակին սովորում էր այն նույն դպրոցում, որտեղ սովորում էր Էրաստոն, փորձնականորեն հաստատեց նման էֆեկտի առկայությունը, չնայած կար. դրա համար ոչ մի բացատրություն: 1969 թվականին հանրաճանաչ գիտական ամսագիրը հրապարակեց երկու տղամարդկանց համատեղ հոդվածը, ովքեր նկարագրեցին այս յուրահատուկ ազդեցությունը:
Այդ ժամանակից, ի դեպ, հարցը, թե որ ջուրն է ավելի արագ սառչում` տաք, թե սառը, ունի իր անունը` էֆեկտ, թե պարադոքս` Mpemba:
Հարցը ծագել է շատ վաղուց
Բնականաբար, նման երեւույթ նախկինում էլ եղել է, և դրա մասին խոսվել է այլ գիտնականների աշխատություններում։ Ոչ միայն դպրոցականին էր հետաքրքրում այս հարցը, այլև Ֆրենսիս Բեկոնը, Ռենե Դեկարտը և նույնիսկ Արիստոտելը ժամանակին մտածում էին այդ մասին:
Հենց այս պարադոքսի լուծման մոտեցումները սկսեցին դիտարկվել միայն քսաներորդ դարի վերջում:
Պայմաններ պարադոքսի առաջացման համար
Ինչպես պաղպաղակի դեպքում, փորձի ժամանակ միայն սովորական ջուրը չէ, որ սառչում է: Որոշակի պայմաններ պետք է լինեն, որպեսզի սկսենք վիճել, թե որ ջուրն է ավելի արագ սառչում` սառը, թե տաքը: Ի՞նչն է ազդում այս գործընթացի վրա:
Այժմ, 21-րդ դարում, առաջ են քաշվել մի քանի տարբերակներ, որոնք կարող են բացատրել.այս պարադոքսը. Թե որ ջուրն է ավելի արագ սառչում, տաք թե սառը, կարող է կախված լինել այն փաստից, որ տաք ջուրը գոլորշացման ավելի բարձր արագություն ունի, քան սառը ջուրը: Այսպիսով, դրա ծավալը նվազում է, և ծավալի նվազման դեպքում սառեցման ժամանակն ավելի կարճ է դառնում, քան սառը ջրի նմանատիպ սկզբնական ծավալը վերցնելու դեպքում։
Սառցարանը երկար ժամանակ հալված է եղել
Ո՞ր ջուրն է ավելի արագ սառչում և ինչու է սառչում, կարող է ազդել ձյան ծածկույթի վրա, որը կարող է լինել փորձի համար օգտագործվող սառնարանի սառցարանում: Եթե վերցնում եք երկու տարա, որոնք ծավալով նույնական են, բայց դրանցից մեկը կունենա տաք ջուր, մյուսում սառը ջուր, տաք ջրով տարան կհալչի տակի ձյունը՝ դրանով իսկ բարելավելով ջերմային մակարդակի շփումը սառնարանի պատի հետ։ Սառը ջրի տարան դա չի կարող անել: Եթե սառնարանի խցիկում ձյան նման երես չկա, սառը ջուրը պետք է ավելի արագ սառչի։
Վերև - ներքև
Նաև այն երևույթը, որի դեպքում ջուրն ավելի արագ է սառչում` տաք թե սառը, բացատրվում է հետևյալ կերպ. Հետևելով որոշակի օրենքների՝ սառը ջուրը սկսում է սառչել վերին շերտերից, երբ տաք ջուրը դա անում է հակառակը՝ այն սկսում է սառչել ներքևից վեր։ Պարզվում է, որ սառը ջուրը, վերևում ունենալով սառը շերտ՝ որոշ տեղերում արդեն ձևավորված սառույցով, այդպիսով խաթարում է կոնվեկցիայի և ջերմային ճառագայթման գործընթացները՝ դրանով բացատրելով, թե որ ջուրն է ավելի արագ սառչում՝ սառը, թե տաք։ Լուսանկարները՝ սիրողականիցփորձերը կցված են, և սա հստակ տեսանելի է այստեղ։
Ջերմությունը դուրս է գալիս՝ ձգվելով դեպի վեր, և այնտեղ հանդիպում է շատ սառեցված շերտի։ Ջերմային ճառագայթման համար ազատ ճանապարհ չկա, ուստի հովացման գործընթացը դժվարանում է: Տաք ջուրն իր ճանապարհին բացարձակապես նման արգելքներ չունի։ Որն է ավելի արագ սառչում՝ սառը, թե տաքը, որից կախված է հավանական արդյունքը, կարող եք ընդլայնել պատասխանը՝ ասելով, որ ցանկացած ջրի մեջ լուծված են որոշակի նյութեր։
Ջրի բաղադրության մեջ առկա աղտոտումները՝ որպես արդյունքի վրա ազդող գործոն
Եթե չեք խաբում և օգտագործում եք նույն բաղադրությամբ ջուր, որտեղ որոշ նյութերի կոնցենտրացիաները նույնական են, ապա սառը ջուրը պետք է ավելի արագ սառչի։ Բայց եթե այնպիսի իրավիճակ է ստեղծվում, երբ լուծված քիմիական տարրերը առկա են միայն տաք ջրում, մինչդեռ սառը ջուրը չի տիրապետում դրանց, ապա տաք ջուրը հնարավորություն ունի ավելի վաղ սառչել։ Դա բացատրվում է նրանով, որ ջրի մեջ լուծված նյութերը ստեղծում են բյուրեղացման կենտրոններ, և այդ կենտրոնների փոքր քանակի դեպքում ջրի վերածումը պինդ վիճակի դժվար է։ Հնարավոր է նույնիսկ ջրի գերսառեցում, այն իմաստով, որ զրոյից ցածր ջերմաստիճանի դեպքում այն կլինի հեղուկ վիճակում։
Բայց այս բոլոր վարկածները, ըստ երևույթին, լիովին չեն սազում գիտնականներին, և նրանք շարունակել են աշխատել այս հարցի վրա։ 2013-ին Սինգապուրի մի խումբ հետազոտողներ ասացին, որ իրենք լուծել են դարավոր առեղծվածը։
Չինացի գիտնականների մի խումբ պնդում է, որ այս ազդեցության գաղտնիքը կայանում է ջրի մոլեկուլների միջև կուտակված էներգիայի քանակի մեջ, որը պահպանվում է իր կապերում, որոնք կոչվում են ջրածնային կապեր:
Հուշում չինացի գիտնականներից
Կհետևեն հետևյալ տեղեկությունները, որոնց հասկանալու համար անհրաժեշտ է որոշակի գիտելիքներ ունենալ քիմիայից, որպեսզի պարզես, թե որ ջուրն է ավելի արագ սառչում` տաք թե սառը: Ինչպես գիտեք, ջրի մոլեկուլը բաղկացած է երկու H (ջրածին) և մեկ O (թթվածին) ատոմներից, որոնք միասին պահվում են կովալենտային կապերով:
Բայց մեկ մոլեկուլի ջրածնի ատոմները նույնպես ձգվում են դեպի հարևան մոլեկուլները՝ դրանց թթվածնի բաղադրիչը: Հենց այս կապերն են կոչվում ջրածնային կապեր։
Հարկ է հիշել, որ միևնույն ժամանակ ջրի մոլեկուլները վանողաբար են գործում միմյանց վրա։ Գիտնականները նշել են, որ երբ ջուրը տաքացվում է, նրա մոլեկուլների միջև հեռավորությունը մեծանում է, և դրան նպաստում են վանող ուժերը։ Պարզվում է, որ ջրածնային կապերը, սառը վիճակում մոլեկուլների միջև մեկ հեռավորություն զբաղեցնելով, կարելի է ասել, որ ձգված են, և դրանք ունեն էներգիայի ավելի մեծ պաշար։ Հենց այդ էներգիայի պաշարն է ազատվում, երբ ջրի մոլեկուլները սկսում են մոտենալ միմյանց, այսինքն՝ սառչում է տեղի ունենում։ Պարզվում է, որ տաք ջրում էներգիայի ավելի մեծ պաշարը և զրոյից ցածր ջերմաստիճանի սառեցման ժամանակ դրա ավելի մեծ արտազատումը տեղի է ունենում ավելի արագ, քան սառը ջրում, որն ունի այդպիսի պաշար:ավելի քիչ էներգիա. Այսպիսով, ո՞ր ջուրն է ավելի արագ սառչում` սառը, թե տաք: Mpemba պարադոքսը պետք է տեղի ունենա դրսում և լաբորատորիայում, և տաք ջուրը պետք է ավելի արագ վերածվի սառույցի:
Բայց դեռ բաց
Այս թելադրանքի միայն տեսական հաստատում կա. այս ամենը գրված է գեղեցիկ բանաձևերով և հավանական է թվում: Բայց երբ փորձնական տվյալները, որոնց ջուրն ավելի արագ է սառչում` տաք թե սառը, գործնական իմաստով կներկայացվեն, և դրանց արդյունքները կներկայացվեն, այն ժամանակ հնարավոր կլինի Մպեմբայի պարադոքսի հարցը փակված համարել։
