Why Hot Water Freezes Faster:వేడి నీళ్లు కూల్ వాటర్ కంటే వేగంగా గడ్డకడతాయా? దీని వెనుక ఉన్న సైన్స్ మిస్టరీ ఏంటీ?

Why Hot Water Freezes Faster:వేడి, చల్లటి నీటిలో ఏది త్వరగా గడ్డకడుతుందని అడిగితే ఠక్కున కూల్ వాటర్ అని చెప్పేస్తారు. కానీ అది నిజం కాదు ఆ వివరాలేంటో తెలుసుకోండి!

వేడి, చల్లటి నీటి గడ్డకట్టే ప్రక్రియలో భౌతిక శాస్త్ర రహస్యాలను వివరిస్తున్న చిత్రం.

Source : freepik

Why Hot Water Freezes Faster:సైన్స్‌లో కొన్ని నిజాలు ఎప్పుడూ మారవని నమ్ముతారు. ఉదాహరణకు చల్లటి వస్తువులు కంటే వేడి వస్తువులు చల్లబడటానికి ఎక్కువ సమయం పడుతుందని అందరికీ తెలుసు. కానీ 1963లో టాంజానియాలో ఒక హైస్కూల్ విద్యార్థి అడిగిన ప్రశ్న ఈ నమ్మకాన్ని తలకిందులు చేసింది. ఎరస్టో మపెంబా అనే విద్యార్థి తాను ఐస్‌క్రీమ్‌ తయారు చేస్తున్నప్పుడు వేడి పాల మిశ్రమం, చల్లటి మిశ్రమం కంటే వేగంగా గడ్డ కట్టడాన్ని గమనించానని చెప్పాడు. ఎందుకు అలా జరుగుతుందని టీచర్‌ని ప్రశ్నించాడు. ఉపాధ్యాయుడితోపాటు అంతా ఆ విద్యార్థిని చూసి నవ్వుకున్నారు. కాలక్రమేణా అది ప్రపంచవ్యాప్తంగా శాస్త్రవేత్తలను ఆలోచింపజేసే మపెంబా ఎఫెక్ట్‌గా మారింది. 

ఇంతకీ ఈ మపెంబా ఎఫెక్ట్ అంటే ఏంటీ?

సరళంగా చెప్పాలంటే ఒకే పరిమాణం కలిగిన రెండు ద్రవాలను తీసుకున్నప్పుడు అందులో ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉన్న ద్రవం , తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉన్న ద్రవం కంటే వేగంగా గడ్డకట్టడాన్ని మపెంబా ఎఫెక్ట్ అంటారు. ఇది వినడానికి వింతగా ఉన్నా శతాబ్దాల క్రితం అరిస్టాటిల్, డెస్కార్టెస్, ఫ్రాన్సిస్‌ బేకెన్ వంటి మేధావులు కూడా దీనిని గమనించారని ఆధారాలు ఉన్నాయి. అయితే దీనికి శాస్త్రీయ రూపం ఇచ్చింది మాత్రం మపెంబా, ఫిజిసిస్ట్‌ డెనిస్‌ ఒస్బోర్న్ మాత్రమే. 

అన్ని వేళలలో జరగకపోవచ్చు!

ఈ రూల్ అన్ని సందర్భాల్లో జరగదు. ప్రయోగం చేసే పాత్ర ఆకారం, నీటిలో కరిగి ఉన్న వాయువులు, ఫ్రీజర్‌లోని ఉష్ణోగ్రత వంటి అనేక అంశాలపై ఇది ఆధారపడి ఉంటుంది. కొన్ని ప్రయోగాలలో వేడి నీరు కేవలం 0 డిగ్రీల సెల్సియస్‌కు చేరడమే కాకుండా, పూర్తిగా మంచులా మారడం కూడా వేగంగా జరుగుతుందని తేలింది. 

ఎందుకు వేడి నీరు వేగంగా గడ్డకడుతుంది?

దీని వెనుక ఉన్న కారణాలను శాస్త్రవేత్తలు ఐదు దశాబ్దాలుగా విశ్లేషిస్తున్నారు. వేడి నీరు వేగంగా ఆవిరి అవుతుంది. దీని వల్ల పాత్రలో మిగిలిన ఉన్న నీటి పరిమాణం తగ్గుతుంది. తక్కువ నీరు ఉంటే అది వేగంగా గడ్డకడుతుందని ఒక వాదన ఉంది. చల్లటి నీటిలో గాలి ఎక్కువగా కరిగి ఉంటుంది. ఇది గడ్డకట్టే ప్రక్రియను నెమ్మదిస్తుంది. నీటిని మరిగించినప్పుడు ఈ వాయువులు బయటకు వెళ్లిపోతాయి. కాబట్టి వేడి నీరు త్వరగా మంచుగా మారుతుంది. 

వేడి నీటిలో వేడిని బయటకు పంపే ప్రవాహాలు చాలా వేగంగా ఉంటాయి. ఇది నీటి ఉపరితలం నుంచి వేడిని త్వరగా తొలగించడానికి సహాయపడుతుంది. నీటి అణువుల మధ్య ఉండే హైడ్రోజన్ బాండ్లు వేడి చేసినప్పుడు బలహీనపడతాయి. ఇది నీటి అణువులు ఒక క్రమ పద్ధతిలో అమరి ఐస్‌గా మారడానికి ఒ రకమైన షార్ట్ కట్‌లా పని చేస్తుందని పరిశోధనలు చెబుతున్నాయి. 

ఫ్రీజర్‌లోని మంచు పొర ఇక ఇన్సులేటర్‌గా పని చేస్తుంది. వేడి గిన్నెకు దానిపై ఉంచినప్పుడు అది మంచును కరిగించి, ఫ్రీజర్ గోడలతో ప్రత్యక్ష సంబంధాన్ని ఏర్పరుచుకుంటుందని, తద్వారా వేడి త్వరగా బయటకు పోతుంది.  

క్వాంటం మపెంబా ఎఫెక్ట్

మపెంబా ఎఫెక్ట్‌ కేవలం నీటికే పరిమితం కాదని, ఇది అనేక రకాల పదార్థాలలో జరుగుతుందని పరిశోధనల్లో రుజువైంది. 2020లో కెనడాలోని సైమన్ ఫ్రేజర్‌ యూనివర్శిటీ పరిశోధనలు లేజర్‌ కిరణాలు, గాజు పూసలను ఉపయోగించి చేసిన ప్రయోగంలో, వేడి వ్యవస్థలు తమ సమతుల్యతను వేగంగా చేరుకుంటాయని నిరూపించారు. 

క్వాంటం ఫిజిక్స్‌లో కూడా ఈ ప్రభావం కనిపిస్తోంది. 2024, 2025లో జరిగిన పరిశోధనల ప్రకారం క్వాంటం వ్యవస్థల్లోని అణువులు కొన్ని ప్రత్యేక పరిస్థితులలో తమ గతాన్ని మర్చిపోయి వేగంగా చల్లడతాయని శాస్త్రవేత్తలు గుర్తించారు. దీనినే క్వాంటం స్ట్రాంగ్‌ మపెంబా ఎఫెక్ట్ అని పిలుస్తారు. 

సాధారణంగా శీతాకాలంలో చల్లటి నీటి పైపుల కంటే వేడి నీటి పైపులే ఎక్కువ పగులుతుంటాయి. దీనికి కారణం కూడా మపెంబా ఎఫెక్టనని 1916లోనే పరిశోధకులు గమనించారు. వేడి నీటిలో గాలిబుడగలు తక్కువగా ఉండటం వల్ల అది అత్యంత దృఢమైన ఐస్‌గా మారుతుంది. ఇది పైపుల గోడలపై తీవ్రమైన ఒత్తిడి కలిగిస్తుంది.