Por qué el agua caliente se congela más rápido que el agua fría

Un equipo de investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid, la Universidad de Extremadura y la Universidad de Sevilla han definido un marco teórico que podría explicar el efecto Mpemba, un fenómeno físico contraintuitivo que se revela cuando el agua caliente se congela más rápido que el agua fría.

Los investigadores, que recientemente publicaron los hallazgos en Physical Review Letters , han confirmado cómo ocurre este fenómeno en los fluidos granulares, es decir, aquellos compuestos de partículas que son muy pequeñas e interactúan entre aquellas que pierden parte de su energía cinética. Gracias a esta caracterización teórica, “podemos simular en una computadora y hacer cálculos analíticos para saber cómo y cuándo se producirá el efecto Mpemba”, dijo Antonio Lasanta. Lasanta es del Instituto de Modelación y Simulación de Dinámica de Fluidos, Nanociencia y Matemática Industrial de la UC3M Gregorio Millán Barbany. “De hecho”, dijo, “no solo encontramos que lo más caliente puede enfriarse más rápido sino también el efecto contrario: el más frío puede calentarse más rápido, lo que se llamaría el efecto inverso de Mpemba”.

El hecho de que los líquidos precalentados se congelen más rápido que los que ya están fríos fue observado por primera vez por Aristóteles en el siglo IV d. Francis Bacon, el padre del empirismo científico, y René Descartes, el filósofo francés, también estaban interesados ​​en el fenómeno, que se convirtió en una teoría cuando, en 1960, un estudiante tanzano llamado Erasto Mpemba le explicó a su maestro en una clase que la mezcla más cálida de helado congelado más rápido que el frío. Esta anécdota inspiró un documento técnico sobre el tema, y ​​el efecto comenzó a analizarse en revistas educativas y científicas. Sin embargo, sus causas y efectos apenas han sido estudiados hasta ahora.

“Es un efecto que, históricamente, no se ha abordado de manera rigurosa, sino simplemente como una anomalía y una curiosidad didáctica”, dijo Antonio Prados, uno de los investigadores del Departamento de Física Teórica de la Universidad de Sevilla. “Desde nuestra perspectiva, era importante estudiarlo en un sistema con los ingredientes mínimos para poder controlar y comprender su comportamiento”, dijo. Esto les ha permitido comprender en qué escenarios es más fácil ocurrir, que es una de las principales contribuciones de este estudio científico. “Gracias a esto, hemos identificado algunos de los ingredientes para que el efecto ocurra en algunos sistemas físicos que podemos describir bien teóricamente“, afirmaron los investigadores Francisco Vega Reyes y Andrés Santos,

“El escenario en el que el efecto ocurrirá más fácilmente es cuando las velocidades de las partículas antes de calentar o enfriar tienen una disposición específica, por ejemplo, con una alta dispersión alrededor del valor medio”, dijo. De esta manera, la evolución de la temperatura del fluido puede verse afectada significativamente si el estado de las partículas se prepara antes del enfriamiento.

Esta investigación de “ciencia básica”, además de contribuir a mejorar el conocimiento fundamental, podría tener otras aplicaciones a mediano o largo plazo. De hecho, este grupo de investigadores planea llevar a cabo un experimento que verifique la teoría. Aprender a emular y usar este efecto podría tener aplicaciones en nuestra vida diaria, según los científicos. Por ejemplo, podría usarse para fabricar dispositivos electrónicos que queremos enfriar más rápido.

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