რომელი წყალი იყინება უფრო სწრაფად, ცხელი თუ ცივი, გავლენას ახდენს მრავალი ფაქტორით, მაგრამ თავად კითხვა ცოტა უცნაურად გამოიყურება. იგულისხმება და ფიზიკიდანაც ცნობილია, რომ ცხელ წყალს ჯერ კიდევ სჭირდება დრო, რომ გაცივდეს შედარებით ცივი წყლის ტემპერატურამდე, რათა ყინულად იქცეს. ცივი წყლით ამ ეტაპის გამოტოვება შესაძლებელია და შესაბამისად დროულად იმარჯვებს.
მაგრამ პასუხი კითხვაზე, რომელი წყალი იყინება უფრო სწრაფად - ცივი თუ ცხელი - ქუჩაში ყინვაში, ჩრდილოეთ განედების ნებისმიერმა მცხოვრებმა იცის. სინამდვილეში, მეცნიერულად გამოდის, რომ ნებისმიერ შემთხვევაში, ცივი წყალი უბრალოდ უფრო სწრაფად უნდა გაიყინოს.
ასევე მოიქცა ფიზიკის მასწავლებელმა, რომელსაც 1963 წელს მიმართა სკოლის მოსწავლე ერასტო მპემბა თხოვნით, აეხსნა, თუ რატომ იყინება მომავალი ნაყინის ცივი ნარევი ერთსა და იმავეზე მეტხანს, მაგრამ ცხელი.
ეს არ არის მსოფლიო ფიზიკა, არამედ ერთგვარი Mpemba ფიზიკა
ამ დროს მასწავლებელმა ამაზე მხოლოდ იცინოდა, მაგრამ დენის ოსბორნმა, ფიზიკის პროფესორმა, რომელიც ერთ დროს დადიოდა იმავე სკოლაში, სადაც ერასტო სწავლობდა, ექსპერიმენტულად დაადასტურა ასეთი ეფექტის არსებობა, თუმცა იყო. ამის ახსნა მაშინ არ არის. 1969 წელს პოპულარულმა სამეცნიერო ჟურნალმა გამოაქვეყნა ორი ადამიანის ერთობლივი სტატია, რომლებიც აღწერდნენ ამ თავისებურ ეფექტს.
მას შემდეგ, სხვათა შორის, კითხვას, თუ რომელი წყალი იყინება უფრო სწრაფად - ცხელი თუ ცივი, თავისი სახელი აქვს - ეფექტი, ანუ პარადოქსი, Mpemba.
კითხვა გაჩნდა დიდი ხნის წინ
ბუნებრივია, ასეთი ფენომენი ადრეც ყოფილა და სხვა მეცნიერთა ნაშრომებშიც იყო ნახსენები. ამ კითხვამ არა მხოლოდ სკოლის მოსწავლეს აინტერესებდა, არამედ ფრენსის ბეკონი, რენე დეკარტი და არისტოტელეც კი ერთ დროს ფიქრობდნენ ამაზე.
ეს მხოლოდ ამ პარადოქსის გადაჭრის მიდგომები დაიწყო მხოლოდ მეოცე საუკუნის ბოლოს.
პარდოქსის წარმოქმნის პირობები
როგორც ნაყინის შემთხვევაში, ექსპერიმენტის დროს მხოლოდ ჩვეულებრივი წყალი არ იყინება. გარკვეული პირობები უნდა არსებობდეს, რათა დაიწყოთ კამათი, რომელი წყალი იყინება უფრო სწრაფად - ცივი თუ ცხელი. რა გავლენას ახდენს ამ პროცესზე?
ახლა, 21-ე საუკუნეში, წამოაყენეს რამდენიმე ვარიანტი, რომელიც შეიძლება ახსნასეს პარადოქსი. რომელი წყალი იყინება უფრო სწრაფად, ცხელი თუ ცივი, შეიძლება დამოკიდებული იყოს იმაზე, რომ ცხელ წყალს აქვს უფრო მაღალი აორთქლების სიჩქარე, ვიდრე ცივ წყალს. ამრიგად, მისი მოცულობა მცირდება და მოცულობის კლებასთან ერთად, გაყინვის დრო უფრო მოკლე ხდება, ვიდრე ცივი წყლის მსგავსი საწყისი მოცულობის მიღების შემთხვევაში.
საყინულე დიდი ხანია გაყინულია
რომელი წყალი იყინება უფრო სწრაფად და რატომ იყინება, შეიძლება გავლენა იქონიოს თოვლის საფარით, რომელიც შეიძლება იყოს ექსპერიმენტისთვის გამოყენებული მაცივრის საყინულეში. თუ აიღებთ ორ კონტეინერს, რომლებიც იდენტურია მოცულობით, მაგრამ ერთს ექნება ცხელი წყალი, მეორეს კი ცივი წყალი, ცხელი წყლით კონტეინერი დნება თოვლს მის ქვეშ, რითაც გააუმჯობესებს თერმული დონის კონტაქტს მაცივრის კედელთან. ცივი წყლის კონტეინერს არ შეუძლია ამის გაკეთება. თუ მაცივრის განყოფილებაში თოვლის მსგავსი საფარი არ არის, ცივი წყალი უფრო სწრაფად უნდა გაიყინოს.
ზედა - ქვედა
ასევე, ფენომენი, რომლის დროსაც წყალი უფრო სწრაფად იყინება - ცხელი თუ ცივი, აიხსნება შემდეგნაირად. გარკვეული კანონების დაცვით ცივი წყალი იწყებს ყინვას ზედა ფენებიდან, როცა ცხელი წყალი პირიქით – იწყებს ყინვას ქვემოდან ზევით. გამოდის, რომ ცივი წყალი, რომელსაც თავზე ცივი ფენა აქვს ყინულით უკვე ზოგან ჩამოყალიბებული, ამით აფერხებს კონვექციისა და თერმული გამოსხივების პროცესებს, რითაც განმარტავს, რომელი წყალი იყინება უფრო სწრაფად - ცივი თუ ცხელი. ფოტოები სამოყვარულოექსპერიმენტები დართულია და ეს აშკარად ჩანს აქ.
სითბო გამოდის, მაღლა იწევს და იქ ხვდება ძალიან გაცივებულ ფენას. სითბოს გამოსხივებისთვის თავისუფალი გზა არ არსებობს, ამიტომ გაგრილების პროცესი რთულდება. ცხელ წყალს აბსოლუტურად არ აქვს ასეთი ბარიერები მის გზაზე. რომელი უფრო სწრაფად იყინება - ცივი თუ ცხელი, რაზეც დამოკიდებულია სავარაუდო შედეგი, შეგიძლიათ გააფართოვოთ პასუხი იმით, რომ ნებისმიერ წყალს აქვს მასში გახსნილი გარკვეული ნივთიერებები.
მიწები წყლის შემადგენლობაში, როგორც შედეგზე მოქმედი ფაქტორი
თუ არ მოატყუებთ და იყენებთ იმავე შემადგენლობის წყალს, სადაც გარკვეული ნივთიერებების კონცენტრაცია იდენტურია, მაშინ ცივი წყალი უფრო სწრაფად უნდა გაიყინოს. მაგრამ თუ შეიქმნა სიტუაცია, როდესაც დაშლილი ქიმიური ელემენტები მხოლოდ ცხელ წყალშია, ხოლო ცივი წყალი არ ფლობს მათ, მაშინ ცხელ წყალს აქვს შესაძლებლობა ადრე გაყინოს. ეს აიხსნება იმით, რომ წყალში გახსნილი ნივთიერებები ქმნიან კრისტალიზაციის ცენტრებს და ამ ცენტრების მცირე რაოდენობით, წყლის მყარ მდგომარეობაში გადაქცევა რთულია. წყლის სუპერგაცივებაც კი შესაძლებელია, იმ გაგებით, რომ ნულამდე ტემპერატურაზე ის თხევად მდგომარეობაში იქნება.
მაგრამ ყველა ეს ვერსია, როგორც ჩანს, ბოლომდე არ აწყობდა მეცნიერებს და ისინი განაგრძობდნენ ამ საკითხზე მუშაობას. 2013 წელს სინგაპურში მკვლევართა ჯგუფმა განაცხადა, რომ მათ ამოხსნეს უძველესი საიდუმლო.
ჩინელი მეცნიერების ჯგუფი ამტკიცებს, რომ ამ ეფექტის საიდუმლო მდგომარეობს მის ობლიგაციებში წყლის მოლეკულებს შორის შენახული ენერგიის რაოდენობაში, რომელსაც ეწოდება წყალბადის ბმები.
მინიშნება ჩინელი მეცნიერებისგან
მოჰყვება შემდეგი ინფორმაცია, რომლის გასაგებადაც საჭიროა გქონდეთ გარკვეული ცოდნა ქიმიაში, რათა გაიგოთ რომელი წყალი იყინება უფრო სწრაფად - ცხელი თუ ცივი. მოგეხსენებათ, წყლის მოლეკულა შედგება ორი H (წყალბადის) ატომისგან და ერთი O (ჟანგბადის) ატომისგან, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული კოვალენტური ბმებით.
მაგრამ ერთი მოლეკულის წყალბადის ატომები ასევე იზიდავს მეზობელ მოლეკულებს, მათ ჟანგბადის კომპონენტს. სწორედ ამ ბმებს ეწოდება წყალბადის ბმები.
აღსანიშნავია, რომ ამავდროულად წყლის მოლეკულები ერთმანეთზე საზიზღრად მოქმედებენ. მეცნიერებმა აღნიშნეს, რომ როდესაც წყალი თბება, მის მოლეკულებს შორის მანძილი იზრდება და ამას ხელს უწყობს მოგერიების ძალები. გამოდის, რომ წყალბადის ბმები, რომლებიც ცივ მდგომარეობაში იკავებს მოლეკულებს შორის ერთ მანძილს, შეიძლება ითქვას, რომ დაჭიმულია და მათ აქვთ ენერგიის უფრო დიდი მარაგი. სწორედ ეს ენერგეტიკული რეზერვი გამოიყოფა, როდესაც წყლის მოლეკულები იწყებენ ერთმანეთთან მიახლოებას, ანუ ხდება გაგრილება. გამოდის, რომ ცხელ წყალში ენერგიის უფრო დიდი მიწოდება და მისი დიდი გამოყოფა ნულამდე ტემპერატურამდე გაცივებისას უფრო სწრაფად ხდება, ვიდრე ცივ წყალში, რომელსაც აქვს ასეთი მარაგი.ნაკლები ენერგია. მაშ, რომელი წყალი იყინება უფრო სწრაფად - ცივი თუ ცხელი? Mpemba პარადოქსი უნდა მოხდეს გარეთ და ლაბორატორიაში და ცხელი წყალი უფრო სწრაფად უნდა გადაიქცეს ყინულში.
მაგრამ მაინც ღიაა
ამ მინიშნების მხოლოდ თეორიული დადასტურება არსებობს - ეს ყველაფერი ლამაზი ფორმულებით არის დაწერილი და დამაჯერებლად ჩანს. მაგრამ როდესაც ექსპერიმენტული მონაცემები, რომლითაც წყალი იყინება უფრო სწრაფად - ცხელი თუ ცივი, პრაქტიკულ მნიშვნელობით იქნება დაყენებული და მათი შედეგები იქნება წარმოდგენილი, მაშინ შესაძლებელი იქნება მპემბას პარადოქსის საკითხი დახურულად მივიჩნიოთ.
