Naktį iš šeštadienio į sekmadienį, birželio 4 d., Tverės srities Redkino kaime prie savo vasarnamių šurmuliavo įmonės, kurios rinkosi pirmojo vasaros savaitgalio proga. Bet vienas nemiegojo iki vėlumos. 10 žmonių: vietiniai vasarotojai, visi kaimynai, pažinojo vieni kitus. Pasikvietė ir vietinį elektriką – jis neseniai buvo pasirodęs vasarnamyje, bet atrodė geras vaikinas, kodėl jo nepakvietus. Ryte policija čia suras 9 lavonus ir sulaikys tą patį elektriką, įtariamą masine žmogžudyste. Tyrėjai, taip pat „Komsomolskaja pravda“ korespondentai vakar visą dieną dirbo kruvinų žudynių vietoje. Mums pavyko atkurti to, kas nutiko, vaizdą.
SKUNDO TAIKYMAS
Buvo jau gerokai po vidurnakčio, kai pokalbis tarp įnoringų draugų virto pasakomis ir „tu gerbi mane“.
„Ir aš tarnavau oro desanto pajėgose“, - staiga pasigyrė Sergejus Egorovas. Ir pradėjo pasakoti, kaip jie daužė galvomis plytas ir šokinėjo su parašiutu.
Tačiau niekas iš kompanijos nežinojo apie naujojo draugo kariuomenės kilmę, ir jie pradėjo tyčiotis iš vyro.
Nagi, tu visai netarnavai! - kažkas mostelėjo ranka. - Tu neatrodai kaip vedevešnikas, pažiūrėk į save!
Pradėjo kalbėti, kad jis ne sportiškas žmogus, paprastas vaikinas, žaidžia savo kompanijoje, bet normalaus darbo nebuvo. Apskritai tai neatrodo kaip kariškis praeityje (per tardymą taiklumą įvedė pats šaulys).
Egorovas užsidegė ir iššoko pro duris. Kompanija toliau dūzgė toliau. Tačiau netrukus vyras sugrįžo: pilnas pykčio, rankose Saiga karabinas.
Dabar aš jums parodysiu, kaip galiu šaudyti“, – tokiais žodžiais neblaivus Jegorovas nukreipė ginklą į žmones. Niekas net neturėjo laiko nieko išsiaiškinti. Kurtinantis šūvis – ir vienas poilsiautojų nukrito negyvas, paskui antras. Likusieji puolė bėgti, iššoko į gatvę, bet Egorovas metodiškai ir tiksliai visus nužudė. Internete pasirodžiusiuose kadruose, darytuose kieme po žudynių, matyti kruvini takai, krūmai, žolė. Vienas iš vyrų bandė pasislėpti prie namo esančiame mediniame tualete, bet Egorovas numušė ir jį. Gatvėje vykstant susišaudymui, tik viena 21 metų mergina galėjo pasislėpti po antklode antrame aukšte. Drebančiomis rankomis ji surinko policijos numerį.
x HTML kodas
9 žmonių nužudymas Tverės srityje – išgyvenusio liudijimas. Siaubinga 9 žmonių žmogžudystė Tverės srityje. Stebuklingai išgyvenusi mergina papasakojo detales
Pirmieji į įvykio vietą atvyko rajono policijos pareigūnas ir vietos kelių policijos inspektorius. Jau buvo aušra. Jie bijojo tuoj pat eiti gaudyti. Prislinkę prie namo, kieme pamatėme vyrą su karabinu rankose, tempiantį lavonus ir statantį juos į eilę. Kai jis padėjo ginklą, kad paimtų kitą kūną, policija puolė ant jo ir prispaudė. Negana to, vieną žuvusiųjų teisėsaugininkai rado tik ryte automobilio bagažinėje. Matyt, Egorovas lavonus pavogė ne be priežasties – norėjo nuslėpti nusikaltimo pėdsakus: arba išnešti kūnus, arba sudeginti. Dėl to šių naktinių žudynių aukomis tapo keturios moterys ir penki vyrai.
NETURĖJO JOKIŲ PROBLEMŲ SU ĮSTATYMU
Sodininkų bendrija „Spalio 50 metų“, kurioje visko nutiko, pasislėpė miško juostoje šalia geležinkelio. Už poros kilometrų nuo jo nuo pat ryto įrengtas policijos postas:
Neleidžiama važiuoti automobiliuose. Jie sako, kad spauda neleidžiama. Tačiau močiutės su kuprinėmis įleidžiamos netrukdomai.
Be policijos, yra Tyrimų komiteto tyrėjai iš Maskvos, greitosios pagalbos tarnybos, katafalkai, psichologai – daugelis vasarotojų labai išsigandę. Kažkas bando prasiblaškyti darbu: kai kur dūzgia žoliapjovė, kai kur barška kaušai.
Namai daugiausiai šešiuose šimtuose kvadratinių metrų, turtingų žmonių čia nėra, naujos metalinės plytelės – jau klestėjimo ženklas. Masinis susišaudymas įvyko Mičurinos gatvėje. Eime ten.
Namas, kuriame įvyko tragedija, priklauso vienam iš žuvusių vyrų. Sena dviejų aukštų vasarnamis, šeimininkai, matyt, darė remontą - pakeitė langus į plastikinius, o kieme palei fasadą buvo pastoliai. Kieme yra keturratis.
Egorovas niekada neturėjo problemų su teise. Ginklas jam priklausė teisėtai. Daugiausia jis turi – baudos už greičio viršijimą“, – sausai KP komentuoja Vidaus reikalų ministerijos Tverės srities spaudos tarnybos vadovas Vadimas Levšinas. Teisėsaugos pareigūnai nekalbūs. Todėl internete pradeda sklisti versijos, kad šaulys esą privertė aukas išsikasti savo kapus. Policija tai neigia.
Kodėl jis tai padarė, neaišku. Siaubo. Juk visi ten buvę buvo padorūs žmonės – senolė iš gretimo namo iki šiol negali atsigauti po patirto šoko. – Gerai pažinojau mirusią Smirnovų šeimą. Jie yra tokio pat amžiaus kaip Egorovas. Jie yra darbštūs, dažnai atidarydavau jiems šiltnamius. Jie turi dukrą, kuri yra studentė, nežinau, ar jie jai pranešė, ar ne.
Apie patį šaulį žinoma nedaug. Jis gimė ir augo Jaroslavlyje. Tačiau praėjo 20 metų, kai jis persikėlė į Maskvą. Kai kurių šaltinių teigimu, jis neseniai buvo bedarbis. Atostogų kaime jis atsirado visai neseniai. Niekas nežino, ar jis namą pirko, ar nuomojasi. Jis atvykdavo daugiausia savaitgaliais su savo 90 metų mama. Pradėjau dirbti elektriku.
Pirmą kartą jį pamačiau gegužės 10 d. Jis padarė gerą įspūdį – normalus vyras. „Jokio netinkamo elgesio“, – mažai kalbėjo sodininkų bendrijos „Spalio 50 metų“ pirmininkė Marina Lobanova.
Tačiau kitas kaimynas iš netoliese esančio namo prisimena:
Jis atvažiavo pas mus paskaityti skaitiklių rodmenų, o nuo jo smirdėjo toks kvapas, maniau, kad geria ar panašiai.
Dėl masinių vasaros gyventojų žudynių iškelta baudžiamoji byla. Įvykio vietoje dirba policija ir Rusijos Federacijos Tyrimų komiteto Tyrimų direktorato tyrėjai. Baudžiamąją bylą tirti patikėta Rusijos Federacijos tyrimų komiteto centrinei įstaigai.
SKAMBINTI Į SK
Dabar atliekami visi būtini tyrimo veiksmai, mūsų specialistai tiria įvykio vietą pasitelkę naujausias kriminalistikos technologijas“, – sakė oficiali RF Tyrimų komiteto atstovė Svetlana Petrenko. – Tiriama įtariamojo asmens byla. Šiuo metu žinoma, kad nusikaltimas įvykdytas buitinio konflikto metu, vienai 21 metų merginai pavyko pasislėpti nuo įtariamojo ir iškviesti policiją. Šiuo metu jis yra apklausiamas. Išgyvenusi mergina gauna psichologinę pagalbą.
Yra daug veiksnių, turinčių įtakos tam, kuris vanduo užšąla greičiau, karštas ar šaltas, tačiau pats klausimas atrodo šiek tiek keistas. Tai žinoma iš fizikos, kad karštam vandeniui vis tiek reikia laiko atvėsti iki lyginamo šalto vandens temperatūros, kad jis virstų ledu. Šaltas vanduo gali praleisti šį etapą ir atitinkamai įgauna laiko.
Tačiau atsakymą į klausimą, kuris vanduo greičiau užšąla – šaltas ar karštas – lauke šaltyje, žino bet kuris šiaurinių platumų gyventojas. Tiesą sakant, moksliškai paaiškėja, kad bet kuriuo atveju šaltas vanduo tiesiog greičiau užšąla.
Tą patį galvojo ir fizikos mokytojas, į kurį 1963 metais kreipėsi moksleivis Erasto Mpemba, prašydamas paaiškinti, kodėl šaltas būsimų ledų mišinys užšąla ilgiau nei panašus, bet karštas.
„Tai ne universali fizika, o tam tikra Mpemba fizika“
Tuo metu mokytojas iš to tik juokėsi, tačiau fizikos profesorius Denisas Osborne'as, kažkada lankęsis toje pačioje mokykloje, kurioje mokėsi Erasto, eksperimentiškai patvirtino tokio efekto buvimą, nors paaiškinimo tada jam nebuvo. 1969 m. populiariame mokslo žurnale buvo paskelbtas bendras šių dviejų žmonių straipsnis, kuriame aprašomas šis ypatingas poveikis.
Nuo tada, beje, klausimas, kuris vanduo užšąla greičiau – karštas ar šaltas – turi savo pavadinimą – Mpemba efektas, arba paradoksas.
Klausimas iškilo jau seniai
Natūralu, kad toks reiškinys buvo ir anksčiau, buvo minimas ir kitų mokslininkų darbuose. Šiuo klausimu domėjosi ne tik moksleivis, bet ir Rene Descartesas ir net Aristotelis vienu metu apie tai galvojo.
Tačiau šio paradokso sprendimo būdų jie pradėjo ieškoti tik XX amžiaus pabaigoje.
Paradokso atsiradimo sąlygos
Kaip ir su ledais, eksperimento metu užšąla ne tik paprastas vanduo. Tam, kad būtų galima ginčytis, kuris vanduo greičiau užšąla – šaltas ar karštas, turi būti tam tikros sąlygos. Kas turi įtakos šio proceso eigai?
Dabar, XXI amžiuje, buvo pasiūlyta keletas variantų, galinčių paaiškinti šį paradoksą. Kuris vanduo užšąla greičiau, karštas ar šaltas, gali priklausyti nuo to, kad jo garavimo greitis didesnis nei šalto vandens. Taigi jo tūris mažėja, o tūriui mažėjant užšalimo laikas trumpėja, nei imtume tokį patį pradinį šalto vandens tūrį.
Praėjo nemažai laiko, kai atitirpinote šaldiklį.
Kuris vanduo užšąla greičiau ir kodėl taip nutinka, gali turėti įtakos eksperimentui naudoto šaldytuvo šaldiklyje galintis būti sniego pamušalas. Jei paimsite du vienodo tūrio indus, tačiau viename iš jų yra karštas vanduo, o kitame šaltas, indas su karštu vandeniu ištirpdys po apačia esantį sniegą ir taip pagerins šiluminio lygio kontaktą su šaldytuvo sienele. Šalto vandens talpykla to negali padaryti. Jei šaldytuvo skyriuje nėra tokio pamušalo su sniegu, šaltas vanduo turėtų užšalti greičiau.
Viršus - apačia
Taip pat reiškinys, kai vanduo užšąla greičiau – karštas ar šaltas – paaiškinamas taip. Laikantis tam tikrų dėsnių, šaltas vanduo ima stingti iš viršutinių sluoksnių, kai karštas veikia priešingai – ima stingti iš apačios į viršų. Pasirodo, šaltas vanduo, turintis viršuje šaltą sluoksnį su jau vietomis susidariusiu ledu, taip pablogina konvekcijos ir šiluminės spinduliuotės procesus, tuo paaiškindamas, kuris vanduo greičiau užšąla – šaltas ar karštas. Mėgėjų eksperimentų nuotraukos pridedamos, ir tai čia aiškiai matoma.
Šiluma užgęsta, veržiasi aukštyn ir ten susitinka labai atvėsusį sluoksnį. Laisvo šilumos spinduliavimo kelio nėra, todėl aušinimo procesas tampa sunkus. Karšto vandens kelyje tokių kliūčių visiškai nėra. Kuris užšąla greičiau – šaltas ar karštas, nuo kurio priklauso tikėtina baigtis, galite išplėsti atsakymą sakydami, kad bet kuriame vandenyje yra ištirpusių tam tikrų medžiagų.
Priemaišos vandenyje kaip veiksnys, turintis įtakos rezultatui
Jei neapgaudinėjate ir naudojate tokios pat sudėties vandenį, kuriame tam tikrų medžiagų koncentracijos yra identiškos, tuomet šaltas vanduo turėtų užšalti greičiau. Bet jei susidaro situacija, kai ištirpusių cheminių elementų yra tik karštame vandenyje, o šaltame vandenyje jų nėra, tai karštas vanduo turi galimybę užšalti anksčiau. Tai paaiškinama tuo, kad vandenyje ištirpusios medžiagos sukuria kristalizacijos centrus, o esant nedideliam šių centrų skaičiui, vanduo sunkiai paverčiamas kietu. Netgi gali būti, kad vanduo bus peršalęs, ta prasme, kad esant minusinei temperatūrai jis bus skystos būsenos.
Tačiau visos šios versijos, matyt, visiškai netiko mokslininkams ir jie toliau dirbo šiuo klausimu. 2013 metais Singapūro tyrėjų komanda pasakė, kad išsprendė seną paslaptį.
Grupė Kinijos mokslininkų teigia, kad šio efekto paslaptis slypi energijos kiekyje, kuris sukauptas tarp vandens molekulių jos ryšiuose, vadinamuose vandenilio ryšiais.
Kinijos mokslininkų atsakymas
Toliau pateikiama informacija, kurios supratimui reikia turėti tam tikrų chemijos žinių, kad suprastum, kuris vanduo užšąla greičiau – karštas ar šaltas. Kaip žinoma, jį sudaro du H (vandenilio) atomai ir vienas O (deguonies) atomas, sujungti kovalentinėmis jungtimis.
Bet ir vienos molekulės vandenilio atomus traukia kaimyninės molekulės, jų deguonies komponentas. Šios jungtys vadinamos vandenilio ryšiais.
Verta prisiminti, kad tuo pat metu vandens molekulės atstumia viena kitą. Mokslininkai pastebėjo, kad kaitinant vandenį didėja atstumas tarp jo molekulių, o tai palengvina atstumiančios jėgos. Pasirodo, užimdami tą patį atstumą tarp molekulių šaltoje būsenoje, galima sakyti, kad jos išsitampo, ir jos turi didesnį energijos tiekimą. Būtent šis energijos rezervas išsiskiria, kai vandens molekulės pradeda artėti viena prie kitos, tai yra, įvyksta aušinimas. Pasirodo, didesnis energijos rezervas karštame vandenyje ir didesnis jo išsiskyrimas atvėsus iki minusinės temperatūros atsiranda greičiau nei šaltame vandenyje, kuris turi mažesnį tokios energijos rezervą. Taigi kuris vanduo užšąla greičiau – šaltas ar karštas? Gatvėje ir laboratorijoje turėtų atsirasti Mpembos paradoksas, o karštas vanduo greičiau virsti ledu.
Bet klausimas vis dar atviras
Yra tik teorinis šio sprendimo patvirtinimas – visa tai surašyta gražiomis formulėmis ir atrodo tikėtina. Bet kai eksperimentiniai duomenys apie tai, kuris vanduo greičiau užšąla – karštas ar šaltas – panaudojami praktiškai ir pateikiami jų rezultatai, Mpembos paradokso klausimą galima laikyti uždarytu.
1963 metais Tanzanijos moksleivis, vardu Erasto Mpemba, uždavė savo mokytojui kvailą klausimą – kodėl šilti ledai jo šaldiklyje užšaldavo greičiau nei šalti?
Būdamas Magambi vidurinės mokyklos Tanzanijoje mokinys, Erasto Mpemba atliko praktinį virėjo darbą. Jam reikėjo pasigaminti naminių ledų – užvirti pieną, ištirpinti jame cukrų, atvėsinti iki kambario temperatūros, o tada padėti į šaldytuvą sustingti. Matyt, Mpemba nebuvo itin stropus mokinys ir delsė atlikti pirmąją užduoties dalį. Bijodamas, kad iki pamokos pabaigos nespės, į šaldytuvą įdėjo dar karšto pieno. Jo nuostabai, jis užšalo net anksčiau nei jo bendražygių pienas, paruoštas pagal nurodytą technologiją.
Jis kreipėsi į fizikos mokytoją, kad paaiškintų, bet jis tik nusijuokė iš mokinio, sakydamas: „Tai ne universali fizika, o Mpemba fizika“. Po to Mpemba eksperimentavo ne tik su pienu, bet ir su paprastu vandeniu.
Bet kuriuo atveju, jau būdamas Mkwavos vidurinės mokyklos mokinys, profesoriaus Denniso Osborne'o iš Dar Es Salamo universiteto koledžo (mokyklos direktoriaus pakviestas skaityti paskaitą apie fiziką studentams) jis paklausė konkrečiai apie vandenį: „Jei imtumėt du vienodus indus su vienodais vandens kiekiais, kad viename vandens temperatūra būtų 35°C, o kitame - 100°C, ir įdėkite į šaldiklį, tada antrajame vanduo užšaltų greičiau. Kodėl?" Osborne'as susidomėjo šiuo klausimu ir netrukus, 1969 m., jis ir Mpemba paskelbė savo eksperimentų rezultatus žurnale Physics Education. Nuo tada jų atrastas efektas buvo vadinamas Mpemba efektu.
Ar jums įdomu sužinoti, kodėl taip nutinka? Vos prieš kelerius metus mokslininkams pavyko paaiškinti šį reiškinį...
Mpemba efektas (Mpemba Paradox) yra paradoksas, teigiantis, kad karštas vanduo tam tikromis sąlygomis užšąla greičiau nei šaltas, nors užšalimo proceso metu jis turi išlaikyti šalto vandens temperatūrą. Šis paradoksas yra eksperimentinis faktas, prieštaraujantis įprastoms idėjoms, pagal kurias tomis pačiomis sąlygomis labiau įkaitusiam kūnui reikia daugiau laiko atvėsti iki tam tikros temperatūros, nei mažiau įkaitusiam kūnui atvėsti iki tokios pat temperatūros.
Šį reiškinį savo laikais pastebėjo Aristotelis, Francis Baconas ir Rene Descartesas. Iki šiol niekas tiksliai nežino, kaip paaiškinti šį keistą poveikį. Mokslininkai neturi vienos versijos, nors jų yra daug. Kalbama apie karšto ir šalto vandens savybių skirtumus, tačiau dar neaišku, kurios savybės šiuo atveju turi įtakos: peršalimo, garavimo, ledo susidarymo, konvekcijos ar suskystintų dujų poveikio vandeniui skirtumai. skirtingos temperatūros. Mpemba efekto paradoksas yra tas, kad laikas, per kurį kūnas atšąla iki aplinkos temperatūros, turi būti proporcingas šio kūno ir aplinkos temperatūrų skirtumui. Šį dėsnį nustatė Niutonas ir nuo to laiko jis daug kartų buvo patvirtintas praktikoje. Tokiu būdu vanduo, kurio temperatūra 100°C, atšąla iki 0°C greičiau nei toks pat kiekis 35°C temperatūros vandens.
Nuo tada buvo išsakomos įvairios versijos, viena iš jų buvo tokia: dalis karšto vandens iš pradžių tiesiog išgaruoja, o vėliau, kai jo lieka mažiau, vanduo greičiau užšąla. Ši versija dėl savo paprastumo tapo populiariausia, tačiau mokslininkų visiškai netenkino.
Dabar Singapūro Nanyang technologijos universiteto mokslininkų komanda, vadovaujama chemiko Xi Zhang, teigia, kad išsprendė seną paslaptį, kodėl šiltas vanduo užšąla greičiau nei šaltas. Kaip išsiaiškino Kinijos ekspertai, paslaptis slypi energijos kiekyje, sukauptame vandeniliniuose ryšiuose tarp vandens molekulių.
Kaip žinote, vandens molekulės susideda iš vieno deguonies atomo ir dviejų vandenilio atomų, sujungtų kovalentinėmis jungtimis, kurios dalelių lygyje atrodo kaip elektronų mainai. Kitas gerai žinomas faktas yra tai, kad vandenilio atomus traukia deguonies atomai iš gretimų molekulių – susidaro vandenilio ryšiai.
Tuo pačiu metu vandens molekulės paprastai atstumia viena kitą. Mokslininkai iš Singapūro pastebėjo: kuo šiltesnis vanduo, tuo didesnis atstumas tarp skysčio molekulių dėl didėjančių atstumiamųjų jėgų. Dėl to vandeniliniai ryšiai ištempiami, todėl sukaupia daugiau energijos. Ši energija išsiskiria vandeniui vėsstant – molekulės priartėja viena prie kitos. O energijos išleidimas, kaip žinoma, reiškia vėsinimą.
Štai mokslininkų iškeltos prielaidos:
Garavimas
Karštas vanduo greičiau išgaruoja iš talpyklos, todėl sumažėja jo tūris, o mažesnis tos pačios temperatūros vandens kiekis greičiau užšąla. Iki 100°C pašildytas vanduo, atvėsęs iki 0°C, praranda 16% savo masės. Garavimo efektas yra dvigubas. Pirma, sumažėja aušinimui reikalingo vandens masė. Ir, antra, dėl garavimo sumažėja jo temperatūra.
Temperatūros skirtumas
Dėl to, kad karšto vandens ir šalto oro temperatūrų skirtumas yra didesnis, todėl šilumos mainai šiuo atveju vyksta intensyviau ir karštas vanduo greičiau atvėsta.
Hipotermija
Kai vanduo atšąla žemiau 0°C, jis ne visada užšąla. Tam tikromis sąlygomis jis gali peršalti ir toliau išlikti skystas esant žemesnei nei užšalimo temperatūrai. Kai kuriais atvejais vanduo gali išlikti skystas net esant -20°C temperatūrai. Šio poveikio priežastis yra ta, kad tam, kad pradėtų formuotis pirmieji ledo kristalai, reikalingi kristalų formavimo centrai. Jei skystame vandenyje jų nėra, per didelis aušinimas tęsis tol, kol temperatūra nukris tiek, kad kristalai pradės spontaniškai formuotis. Kai jie pradės formuotis peraušintame skystyje, jie pradės sparčiau augti, sudarydami purviną ledą, kuris užšals ir susidarys ledas. Karštas vanduo yra jautriausias hipotermijai, nes jį kaitinant pašalinamos ištirpusios dujos ir burbuliukai, kurie savo ruožtu gali būti ledo kristalų susidarymo centrai. Kodėl dėl hipotermijos karštas vanduo greičiau užšąla? Šalto vandens, kuris nėra peršalęs, atveju nutinka taip: ant jo paviršiaus susidaro plonas ledo sluoksnis, kuris atlieka izoliacijos funkciją tarp vandens ir šalto oro ir taip apsaugo nuo tolesnio garavimo. Ledo kristalų susidarymo greitis šiuo atveju bus mažesnis. Kai karštas vanduo yra peršaldomas, peršalęs vanduo neturi apsauginio paviršinio ledo sluoksnio. Todėl per atvirą viršų jis daug greičiau praranda šilumą. Kai peršalimo procesas baigiasi ir vanduo užšąla, prarandama daug daugiau šilumos, todėl susidaro daugiau ledo. Daugelis šio poveikio tyrinėtojų mano, kad hipotermija yra pagrindinis veiksnys Mpemba efekto atveju.
Konvekcija
Šaltas vanduo pradeda užšalti iš viršaus, todėl pablogėja šilumos spinduliavimo ir konvekcijos procesai, taigi ir šilumos nuostoliai, o karštas vanduo pradeda užšalti iš apačios. Šis poveikis paaiškinamas vandens tankio anomalija. Didžiausias vandens tankis yra 4 °C temperatūroje. Jei vandenį atvėsinsite iki 4°C ir pastatysite į žemesnės temperatūros aplinką, paviršinis vandens sluoksnis užšals greičiau. Kadangi šis vanduo yra mažesnis nei 4°C temperatūros vanduo, jis išliks paviršiuje, sudarydamas ploną šaltą sluoksnį. Tokiomis sąlygomis per trumpą laiką vandens paviršiuje susidarys plonas ledo sluoksnis, tačiau šis ledo sluoksnis veiks kaip izoliatorius, apsaugantis apatinius vandens sluoksnius, kurių temperatūra išliks 4°C. . Todėl tolesnis aušinimo procesas bus lėtesnis. Karšto vandens atveju situacija yra visiškai kitokia. Paviršinis vandens sluoksnis greičiau atvės dėl garavimo ir didesnio temperatūrų skirtumo. Taip pat šalto vandens sluoksniai yra tankesni nei karšto vandens sluoksniai, todėl šalto vandens sluoksnis grims žemyn, šilto vandens sluoksnį iškeldamas į paviršių. Tokia vandens cirkuliacija užtikrina greitą temperatūros kritimą. Bet kodėl šis procesas nepasiekia pusiausvyros taško? Norint paaiškinti Mpemba efektą konvekcijos požiūriu, reikėtų daryti prielaidą, kad šaltasis ir karštasis vandens sluoksniai yra atskirti, o pats konvekcijos procesas tęsiasi, vidutinei vandens temperatūrai nukritus žemiau 4 °C. Tačiau nėra jokių eksperimentinių įrodymų, patvirtinančių šią hipotezę, kad šaltas ir karštas vandens sluoksniai yra atskirti konvekcijos procesu.
Vandenyje ištirpusios dujos
Vandenyje visada yra jame ištirpusių dujų – deguonies ir anglies dioksido. Šios dujos turi galimybę sumažinti vandens užšalimo temperatūrą. Kaitinant vandenį, šios dujos išsiskiria iš vandens, nes aukštoje temperatūroje jų tirpumas vandenyje yra mažesnis. Todėl karštam vandeniui atvėsus, jame visada būna mažiau ištirpusių dujų nei nešildomame šaltame vandenyje. Todėl pašildyto vandens užšalimo temperatūra yra aukštesnė ir jis greičiau užšąla. Šis veiksnys kartais laikomas pagrindiniu paaiškinant Mpemba efektą, nors eksperimentinių duomenų, patvirtinančių šį faktą, nėra.
Šilumos laidumas
Šis mechanizmas gali atlikti svarbų vaidmenį, kai vanduo dedamas į šaldytuvo skyriaus šaldiklį mažose talpyklose. Esant tokioms sąlygoms, buvo pastebėta, kad karšto vandens indas ištirpdo apačioje esantį šaldiklį ledą, taip pagerindamas šiluminį kontaktą su šaldiklio sienele ir šilumos laidumą. Dėl to iš indo su karštu vandeniu šiluma pašalinama greičiau nei iš šalto. Savo ruožtu indas su šaltu vandeniu neištirpdo po juo esančio sniego. Visos šios (kaip ir kitos) sąlygos buvo tiriamos atliekant daugybę eksperimentų, tačiau vienareikšmiško atsakymo į klausimą – kurios iš jų užtikrina 100% Mpemba efekto atkūrimą – taip ir nepavyko gauti. Pavyzdžiui, 1995 metais vokiečių fizikas Davidas Auerbachas ištyrė peršalimo vandens įtaką šiam poveikiui. Jis atrado, kad karštas vanduo, pasiekęs peršalimo būseną, užšąla aukštesnėje temperatūroje nei šaltas, taigi ir greičiau nei pastarasis. Tačiau šaltas vanduo peršalimo būseną pasiekia greičiau nei karštas, taip kompensuodamas ankstesnį atsilikimą. Be to, Auerbacho rezultatai prieštaravo ankstesniems duomenims, kad karštas vanduo galėjo pasiekti didesnį peršalimą dėl mažiau kristalizacijos centrų. Kaitinant vandenį, iš jo pasišalina jame ištirpusios dujos, o verdant nusėda dalis jame ištirpusių druskų. Kol kas galima teigti tik vieną dalyką: šio efekto atkūrimas labai priklauso nuo sąlygų, kuriomis atliekamas eksperimentas. Būtent todėl, kad jis ne visada atgaminamas.
Bet, kaip sakoma, labiausiai tikėtina priežastis.
Kaip rašo chemikai savo straipsnyje, kurį galima rasti išankstinio spausdinimo svetainėje arXiv.org, vandenilio ryšiai karštame vandenyje yra stipresni nei šaltame vandenyje. Taigi išeina, kad karšto vandens vandeniliniuose ryšiuose sukaupiama daugiau energijos, o tai reiškia, kad atvėsus iki minusinės temperatūros jos išsiskiria daugiau. Dėl šios priežasties kietėjimas vyksta greičiau.
Iki šiol mokslininkai šią paslaptį išsprendė tik teoriškai. Kai jie pateikia įtikinamus savo versijos įrodymus, klausimas, kodėl karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas, gali būti laikomas uždaru.
Mpemba efektas(Mpembos paradoksas) – paradoksas, teigiantis, kad karštas vanduo tam tikromis sąlygomis užšąla greičiau nei šaltas, nors užšalimo procese turi išlaikyti šalto vandens temperatūrą. Šis paradoksas yra eksperimentinis faktas, prieštaraujantis įprastoms idėjoms, pagal kurias tomis pačiomis sąlygomis labiau įkaitusiam kūnui reikia daugiau laiko atvėsti iki tam tikros temperatūros, nei mažiau įkaitusiam kūnui atvėsti iki tokios pat temperatūros.
Šį reiškinį vienu metu pastebėjo Aristotelis, Francis Baconas ir Rene Descartesas, tačiau tik 1963 metais Tanzanijos moksleivis Erasto Mpemba atrado, kad karštas ledų mišinys užšąla greičiau nei šaltas.
Būdamas Magambi vidurinės mokyklos Tanzanijoje mokinys, Erasto Mpemba atliko praktinį virėjo darbą. Jam reikėjo pasigaminti naminių ledų – užvirti pieną, ištirpinti jame cukrų, atvėsinti iki kambario temperatūros, o tada padėti į šaldytuvą sustingti. Matyt, Mpemba nebuvo itin stropus mokinys ir delsė atlikti pirmąją užduoties dalį. Bijodamas, kad iki pamokos pabaigos nespės, į šaldytuvą įdėjo dar karšto pieno. Jo nuostabai, jis užšalo net anksčiau nei jo bendražygių pienas, paruoštas pagal nurodytą technologiją.
Po to Mpemba eksperimentavo ne tik su pienu, bet ir su paprastu vandeniu. Bet kuriuo atveju, jau būdamas Mkwavos vidurinės mokyklos mokinys, profesoriaus Denniso Osborne'o iš Dar Es Salamo universiteto koledžo (mokyklos direktoriaus pakviestas skaityti paskaitą apie fiziką studentams) jis paklausė konkrečiai apie vandenį: „Jei imtumėt du vienodus indus su vienodais vandens kiekiais, kad viename vandens temperatūra būtų 35°C, o kitame - 100°C, ir įdėkite į šaldiklį, tada antrajame vanduo užšaltų greičiau. Kodėl? Osborne'as susidomėjo šiuo klausimu ir netrukus, 1969 m., jis ir Mpemba paskelbė savo eksperimentų rezultatus žurnale Physics Education. Nuo tada jų atrastas efektas buvo vadinamas Mpemba efektas.
Iki šiol niekas tiksliai nežino, kaip paaiškinti šį keistą poveikį. Mokslininkai neturi vienos versijos, nors jų yra daug. Kalbama apie karšto ir šalto vandens savybių skirtumus, tačiau dar neaišku, kurios savybės šiuo atveju turi įtakos: peršalimo, garavimo, ledo susidarymo, konvekcijos ar suskystintų dujų poveikio vandeniui skirtumai. skirtingos temperatūros.
Mpemba efekto paradoksas yra tas, kad laikas, per kurį kūnas atšąla iki aplinkos temperatūros, turi būti proporcingas šio kūno ir aplinkos temperatūrų skirtumui. Šį dėsnį nustatė Niutonas ir nuo to laiko jis daug kartų buvo patvirtintas praktikoje. Tokiu būdu vanduo, kurio temperatūra 100°C, atšąla iki 0°C greičiau nei toks pat kiekis 35°C temperatūros vandens.
Tačiau tai dar nereiškia paradokso, nes Mpemba efektą galima paaiškinti žinomos fizikos rėmuose. Štai keletas Mpemba efekto paaiškinimų:
Garavimas
Karštas vanduo greičiau išgaruoja iš talpyklos, todėl sumažėja jo tūris, o mažesnis tos pačios temperatūros vandens kiekis greičiau užšąla. Iki 100 C pašildytas vanduo, atvėsęs iki 0 C, praranda 16 % savo masės.
Garavimo efektas yra dvigubas. Pirma, sumažėja aušinimui reikalingo vandens masė. Antra, temperatūra mažėja dėl to, kad perėjimo iš vandens fazės į garo fazę garavimo šiluma mažėja.
Temperatūros skirtumas
Dėl to, kad karšto vandens ir šalto oro temperatūrų skirtumas yra didesnis, todėl šilumos mainai šiuo atveju yra intensyvesni ir karštas vanduo greičiau atvėsta.
Hipotermija
Kai vanduo atvėsta žemiau 0 C, jis ne visada užšąla. Tam tikromis sąlygomis jis gali peršalti ir toliau išlikti skystas esant žemesnei nei užšalimo temperatūrai. Kai kuriais atvejais vanduo gali išlikti skystas net esant –20 C temperatūrai.
Šio poveikio priežastis yra ta, kad tam, kad pradėtų formuotis pirmieji ledo kristalai, reikalingi kristalų formavimo centrai. Jei skystame vandenyje jų nėra, per didelis aušinimas tęsis tol, kol temperatūra nukris tiek, kad kristalai pradės spontaniškai formuotis. Kai jie pradės formuotis peraušintame skystyje, jie pradės sparčiau augti, sudarydami purviną ledą, kuris užšals ir susidarys ledas.
Karštas vanduo yra jautriausias hipotermijai, nes jį kaitinant pašalinamos ištirpusios dujos ir burbuliukai, kurie savo ruožtu gali būti ledo kristalų susidarymo centrai.
Kodėl dėl hipotermijos karštas vanduo greičiau užšąla? Jei šaltas vanduo nėra peršaldytas, nutinka taip. Tokiu atveju ant indo paviršiaus susidarys plonas ledo sluoksnis. Šis ledo sluoksnis veiks kaip izoliatorius tarp vandens ir šalto oro ir neleis tolesniam garavimui. Ledo kristalų susidarymo greitis šiuo atveju bus mažesnis. Kai karštas vanduo yra peršaldomas, peršalęs vanduo neturi apsauginio paviršinio ledo sluoksnio. Todėl per atvirą viršų jis daug greičiau praranda šilumą.
Kai peršalimo procesas baigiasi ir vanduo užšąla, prarandama daug daugiau šilumos, todėl susidaro daugiau ledo.
Daugelis šio poveikio tyrinėtojų mano, kad hipotermija yra pagrindinis veiksnys Mpemba efekto atveju.
Konvekcija
Šaltas vanduo pradeda užšalti iš viršaus, todėl pablogėja šilumos spinduliavimo ir konvekcijos procesai, taigi ir šilumos nuostoliai, o karštas vanduo pradeda užšalti iš apačios.
Šis poveikis paaiškinamas vandens tankio anomalija. Didžiausias vandens tankis yra 4 C. Jei vandenį atvėsinate iki 4 C ir pastatysite žemesnės temperatūros, paviršinis vandens sluoksnis užšals greičiau. Kadangi šis vanduo yra mažesnis nei 4 C temperatūros vanduo, jis išliks paviršiuje, sudarydamas ploną šaltą sluoksnį. Tokiomis sąlygomis per trumpą laiką vandens paviršiuje susidarys plonas ledo sluoksnis, tačiau šis ledo sluoksnis pasitarnaus kaip izoliatorius, apsaugantis apatinius vandens sluoksnius, kurių temperatūra išliks 4 C temperatūroje. Todėl tolesnis aušinimo procesas bus lėtesnis.
Karšto vandens atveju situacija yra visiškai kitokia. Paviršinis vandens sluoksnis greičiau atvės dėl garavimo ir didesnio temperatūrų skirtumo. Be to, šalto vandens sluoksniai yra tankesni nei karšto vandens sluoksniai, todėl šalto vandens sluoksnis grims žemyn, šilto vandens sluoksnį iškeldamas į paviršių. Tokia vandens cirkuliacija užtikrina greitą temperatūros kritimą.
Bet kodėl šis procesas nepasiekia pusiausvyros taško? Norint paaiškinti Mpemba efektą šiuo konvekcijos požiūriu, reikėtų daryti prielaidą, kad šaltasis ir karštasis vandens sluoksniai yra atskirti, o pats konvekcijos procesas tęsiasi, vidutinei vandens temperatūrai nukritus žemiau 4 C.
Tačiau nėra jokių eksperimentinių įrodymų, patvirtinančių šią hipotezę, kad šaltas ir karštas vandens sluoksniai yra atskirti konvekcijos procesu.
Vandenyje ištirpusios dujos
Vandenyje visada yra jame ištirpusių dujų – deguonies ir anglies dioksido. Šios dujos turi galimybę sumažinti vandens užšalimo temperatūrą. Kaitinant vandenį, šios dujos išsiskiria iš vandens, nes aukštoje temperatūroje jų tirpumas vandenyje yra mažesnis. Todėl karštam vandeniui atvėsus, jame visada būna mažiau ištirpusių dujų nei nešildomame šaltame vandenyje. Todėl pašildyto vandens užšalimo temperatūra yra aukštesnė ir jis greičiau užšąla. Šis veiksnys kartais laikomas pagrindiniu paaiškinant Mpemba efektą, nors eksperimentinių duomenų, patvirtinančių šį faktą, nėra.
Šilumos laidumas
Šis mechanizmas gali atlikti svarbų vaidmenį, kai vanduo dedamas į šaldytuvo skyriaus šaldiklį mažose talpyklose. Esant tokioms sąlygoms, buvo pastebėta, kad karšto vandens indas ištirpdo apačioje esantį šaldiklį ledą, taip pagerindamas šiluminį kontaktą su šaldiklio sienele ir šilumos laidumą. Dėl to iš indo su karštu vandeniu šiluma pašalinama greičiau nei iš šalto. Savo ruožtu indas su šaltu vandeniu neištirpdo po juo esančio sniego.
Visos šios (kaip ir kitos) sąlygos buvo tiriamos atliekant daugybę eksperimentų, tačiau vienareikšmiško atsakymo į klausimą – kurios iš jų užtikrina šimtaprocentinį Mpembos efekto atkūrimą – taip ir nepavyko gauti.
Pavyzdžiui, 1995 metais vokiečių fizikas Davidas Auerbachas ištyrė peršalimo vandens poveikį šiam poveikiui. Jis atrado, kad karštas vanduo, pasiekęs peršalimo būseną, užšąla aukštesnėje temperatūroje nei šaltas, taigi ir greičiau nei pastarasis. Tačiau šaltas vanduo peršalimo būseną pasiekia greičiau nei karštas, taip kompensuodamas ankstesnį atsilikimą.
Be to, Auerbacho rezultatai prieštaravo ankstesniems duomenims, kad karštas vanduo galėjo pasiekti didesnį peršalimą dėl mažiau kristalizacijos centrų. Kaitinant vandenį, iš jo pasišalina jame ištirpusios dujos, o verdant nusėda dalis jame ištirpusių druskų.
Kol kas galima teigti tik vieną dalyką – šio efekto atkūrimas labai priklauso nuo sąlygų, kuriomis atliekamas eksperimentas. Būtent todėl, kad jis ne visada atgaminamas.
O. V. Mosinas
Literatūrinisšaltinių:
"Karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas. Kodėl tai daroma?", Jearl Walker iš The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, Nr. 3, p. 246–257; 1977 metų rugsėjis.
„Karšto ir šalto vandens užšalimas“, G.S. Kell American Journal of Physics, Vol. 37, Nr. 5, p. 564–565; 1969 m. gegužės mėn.
"Supercooling and the Mpemba Effect", David Auerbach, American Journal of Physics, Vol. 63, Nr. 10, p. 882-885; 1995 m. spalio mėn.
"Mpemba efektas: karšto ir šalto vandens užšalimo laikas", Charles A. Knight, American Journal of Physics, Vol. 64, Nr. 5, p 524; 1996 m. gegužės mėn.
