Studi Baru Menjelaskan Alasan Fenomena Air Panas yang Cepat Membeku

Jika Anda ingin membekukan air lebih cepat, panaskan dulu. Ucapan kontra intuitif ini berasal dari efek Mpemba, fenomena aneh dalam fisika yang masih memiliki teori yang menggaruk-garuk kepala mereka.

Jika itu ada sama sekali dan tidak semua orang yakin, pengamatan itu masih belum memiliki penjelasan yang meyakinkan dan bukti yang terus berlanjut. Tapi sebuah makalah baru bisa diatur untuk mengubahnya, menjelaskannya tidak hanya mengapa efeknya tampak begitu sulit dipahami, namun juga mengisyaratkan kemungkinan flipide pada fenomena yang sama anehnya.

Dalam studi terbaru ini, tim kecil peneliti Spanyol menciptakan sebuah model yang menyederhanakan masalah simulasi cairan dengan menggambarkan cairan panas sebagai kumpulan butiran teoritis dan inelastis.

Mengurangi dinamika fluida yang kompleks menjadi representasi blocky memberi mereka cara yang lebih mudah untuk menyesuaikan kondisi awal sistem, menunjukkan bagaimana goncangan dan pemantulan partikel sederhana diterjemahkan ke dalam tingkat pendinginan dan pembekuan akhirnya.

Pengamatan efek Mpemba memiliki sejarah panjang. Aristoteles mencatat orang-orang Yunani di Pontus mengeksploitasi efeknya, sementara negarawan Inggris Francis Bacon dan filsuf Prancis terkenal Rene Descartes juga memiliki sesuatu untuk dikatakan mengenai masalah ini.

Tapi itu adalah Erasto Mpemba, seorang anak sekolah yang tidak sabar pada tahun 1960an di Tanzania, yang memberi namanya pada kepentingan modern yang berpengaruh dan memicu minat para periset, ketika dia melihat bahwa campuran es krimnya yang hangat membeku lebih cepat daripada yang telah didinginkan terlebih dahulu.

Keingintahuannya membantu mengilhami makalah tentang topik tersebut, yang memicu perdebatan sengit selama beberapa dekade yang tidak menunjukkan tanda pendinginan.

Sebagian dari masalahnya adalah efeknya sangat sulit dipahami. Terlepas dari sejarah tokoh-tokoh yang menulis tentang hal itu, efeknya tidak selalu menunjukkan dirinya.

Ini juga sangat berlawanan dengan intuisi - mengapa sejarah suhu bahan pendinginan sebelumnya membuat perbedaan pada perubahan suhu di masa depan?

Hal ini tidak menghentikan orang untuk menemukan berbagai saran.

Sebagian besar spekulasi tampaknya berputar mengelilingi partikel yang lebih panas bergerak lebih cepat daripada yang lebih dingin, yang entah bagaimana mempengaruhi tingkat penguapan atau meningkatkan arus konveksi yang dengan cepat dapat membawa energi menjauh.

Awal tahun ini, peneliti mengusulkan sifat-sifat ikatan hidrogen air yang harus disalahkan. Dengan mensimulasikan gugus molekul air, mereka mengungkapkan hubungan antara suhu awal air dan kemudahan di mana molekul kemudian membentuk kristal es.

Air yang lebih dingin tidak memiliki energi pemecah ikatan ini, yang berarti molekul-molekul ini memulai lebih lambat ketika mulai melakukan reformasi menjadi struktur yang solid.

Tapi studi baru ini mengambil beberapa langkah selangkah lebih maju dan menunjukkan efek Mpemba bisa menjadi ciri sejarah suhu cairan apapun, bukan hanya air.

"Karya kami menunjukkan bahwa keberadaan efek Mpemba sangat sensitif terhadap persiapan awal fluida atau, dengan kata lain, ke sejarah sebelumnya", kata peneliti Andres Santos dari Universitas Extremadura di Spanyol kepada Phys.org.

Sementara penelitian tidak mencantumkan pengaruh pasti yang membuat atau menghancurkan efeknya, hal itu menunjukkan bahwa jika sesuatu mempengaruhi pergerakan partikel sebelum pendinginan, laju perubahan suhu fluida dapat terpengaruh secara signifikan.

"Hasil kami menunjukkan bahwa efek Mpemba adalah fenomena non-ekuilibrium generik yang muncul jika evolusi suhu bergantung pada jumlah fisik lainnya yang menjadi ciri keadaan awal sistem," kata Santos.

Dengan kata lain, sesuatu seperti lonjakan suhu awal secara teoritis dapat menghasilkan jenis kehilangan suhu yang akan membuat cairan dingin lebih dingin, tergantung pada statistik distribusi suhu.

Model tersebut tidak mengesampingkan penjelasan lain yang berkontribusi terhadap pengaruhnya, dan jika ada kemungkinan ada beberapa pengaruh yang mungkin terjadi di tempat kerja.

Ini juga menunjukkan variabel apa adanya, tidak ada jaminan bahwa mereka praktis bisa dicocokkan, menjelaskan mengapa sangat sulit untuk mereproduksi efeknya.

Hebatnya, fenomena ini juga bisa mendorong ke arah lain - model yang sama menunjukkan bahwa flu yang lebih dingin bisa memanas lebih cepat dalam efek reverse-Mpemba yang sama anehnya.

Mungkinkah air dingin mencapai titik didih lebih cepat daripada air pada suhu kamar dalam kondisi tertentu?

Para peneliti mengklaim bahwa mereka akan menyelidiki prediksi semacam ini sebagai bagian dari studi masa depan.