Почему у пингвинов не мерзнут лапы? и еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого

Этот вопрос уже поднимался в журнале New Scientist много лет назад, но удовлетворительный ответ тог­да так и не был получен. На этот раз мы подошли бли­же к разрешению этого вопроса, приводя мнения несколь­ких авторов, которые провели эксперименты. Несмотря на то что это противоречит нашим представлениям, горячая вода замерзает в холодильнике быстрее холодной. Наиболее убедительно выглядят такие объяснения: тер­мический контакт улучшается, если сосуд с водой пос­тавить в морозилку, обросшую льдом сверху; конвектив­ные потоки распределяются таким образом, что горячая вода замерзает быстрее. Какой из эффектов преобладает. зависит от условий в морозильнике, от сосуда и места его расположения. — Ред.

Действительно, гораздо быстрее можно приготовить ку­бики льда, взяв горячую воду вместо холодной. Этого эф­фекта можно достичь, если поставить сосуд с водой на обледеневшую или замерзшую поверхность. От высокой температуры лед, на котором стоит сосуд, тает, и термичес­кий контакт между сосудом и холодной поверхностью улуч­шается. Ускорение теплопереноса между сосудом и его содер­жимым компенсирует большее количество тепла, которое предстоит удалить. Такого эффекта нельзя добиться, если подвесить сосуд или поставить его на сухую поверхность. Это явление впервые заметил сэр Фрэнсис Бэкон, ког­да пользовался деревянными ведрами на льду. Мои экс­перименты показали, что кубики льда можно получить не за 20 минут, а за 15, если температура в холодильнике достаточно низкая. В Австралии возможность быстрее за­морозить воду ценится выше, чем в странах с более про­хладным климатом.

Майкл Дэвис Университет Тасмании, Австралия

Первым этот эффект заметил не сэр Фрэнсис Бэкон. Арис­тотель в «Метеорологии» приводит подобное объяснение: «Многие люди, желая быстро остудить воду, для начала выставляют ее на солнце. Устраивая стоянку на льду, что­бы порыбачить (сначала во льду делают отверстие, затем ловят рыбу), сначала вокруг шестов льют теплую воду, чтобы она замерзала быстрее; льдом крепят эти шесты».

Дэвид Эдж Хаттон, Дербишир, Великобритания

По-видимому, предположение, что «такого эффекта нель­зя добиться, если подвесить сосуд или поставить его на су­хую поверхность», оказалось неверным...

Впервые этот вопрос прислал в журнал New Scientistв 1969 году студент из Танзании Эрасто Мпемба. Он об­наружил, что смесь для мороженого быстрее замерзает если поставить ее в холодильник горячей, а не охлаждать до комнатной температуры. Когда я готовил школьную ра­боту по этому же вопросу, мои учителя скептически отнес­лись к выводам Мпембы.

Во-первых, оказалось, что дистиллированная или взя­тая из-под крана вода ведет себя так же, как смесь для мо­роженого; химический состав не играет роли. Во-вторых, выяснилось, что уменьшение объема вследствие испаре­ния с поверхности горячей воды ни при чем. Термопары, помещенные в воду, показали, что при 10 °С вода дости­гает точки замерзания быстрее, чем вода при 30 °С, со­гласно закону Ньютона, но после этого вода, которая сна­чала была теплее, замерзает гораздо быстрее холодной.

Максимальное время потребовалось, чтобы вода замер­зла в морозильнике, при изначальной температуре око­ло 5 °С, минимальное — при 35 °С. Этот парадокс можно объяснить перепадом температур в воде по вертикали. Тем­пы потери тепла с верхней поверхности пропорциональны температуре. Если удастся поддерживать на поверхности жидкости температуру выше, чем в глубине, тогда скорость потери тепла будет больше, чем в случае равномерного рас­пределения тепла в воде. Если вода налита в высокую ме­таллическую банку, а не в плоскую посудину, парадоксаль­ный эффект исчезает. Можно предположить, что перепад температур в высокой банке будет незначительным из-за теплопроводности металлических стенок.

После этих экспериментов у меня пропало всякое же­лание принимать общепринятое мнение на веру, особенно когда речь идет о наблюдениях, результаты которых не со­ответствуют укоренившимся представлениям.

Дж. Нил Кейп Пеникуик, Мидлотиан, Великобритания