Những nghịch lý kỳ lạ về tính chất vật lý của nước
Nước ấm đông đá nhanh hơn nước lạnh, hay sức căng bề mặt của nước có thể giữ một cái ghim giấy không chìm, là hai trong số nhiều nghịch lý kỳ lạ về tính chất vật lý của nước.
Sự sống trên Trái Đất có thể đến từ vũ trụ / Trái Đất từng nuốt chửng một hành tinh nhỏ
"Trong thiên hạ không gì mềm yếu bằng nước nhưng cũng không thứ gì có sức mạnh phá hủy các vật cứng hơn nước", Lão Tử đã viết như vậy về nghịch lý về nước này trong Đạo Đức Kinh. Thật vậy, nhiều tính chất của loại vật chất chiếm hai phần ba cơ thể con người và ba phần bốn Trái Đất này rất kỳ lạ tới mức khoa học vẫn chưa hiểu hết về nó, theoLive Science.
Nước ấm đông đá nhanh hơn nước lạnh
Theo suy nghĩ thông thường, nước nóng sẽ phải mất nhiều thời gian để đóng băng hơn nước lạnh. Tuy nhiên, vào năm 1963, một học sinh trung học Tanzania tên là Erasto Mpemba lần đầu tiên đã quan sát thấy hiện tượng ngược lại. Nước nóng thực sự đóng băng nhanh hơn nước lạnh, khi cùng đặt cả hai trong điều kiện nhiệt độ dưới 0 độ C.
Tới nay vẫn chưa ai lý giải được hiện tượng này, được đặt tên là hiệu ứng Mpemba. Một giả thuyết đặt ra đó là có thể hiệu ứng này là kết quả của quá trình đối lưu. Nước nóng hơn sẽ di chuyển lên trên, đẩy nước lạnh hơn xuống dưới đáy. Các nhà khoa học cho rằng quá trình này có thể đẩy nhanh sự đóng băng, làm nước nóng đóng băng nhanh hơn.
Bề mặt băng trơn trượt. Ảnhreative Commons/Kafubra
Bề mặt băng trơn trượt
Trong một thế kỷ rưỡi, các nhà khoa học vẫn không thể lý giải tại sao nước đá gây trơn trượt. Họ đều thống nhất rằng một lớp nước mỏng bên trên băng rắn gây ra tính trơn trượt của nó, do tính di động của chất lỏng nên rất khó để bước đi. Tuy nhiên, không ai biết tại sao trong các chất rắn, chỉ có băng mới có lớp nước này.
Các nhà lý thuyết đã suy đoán rằng có thể chính hành động bước đi hoặc trượt trên băng làm băng tan và xuất hiện lớp nước này. Nhưng cũng có một số khác cho rằng lớp nước đó xuất hiện trước cả khi có người bước lên, có thể là do chuyển động vốn có của các phân tử trên bề mặt.
Đun nước trong không gian
Trên Trái Đất, khi đun nước ta sẽ thấy sự hình thành của nhiều bong bóng nhỏ. Nếu đun trong không gian trọng lực thấp, sẽ thấy chỉ có một bong bóng được tạo thành.
Đây là thí nghiệm được thực hiện trên tàu con thoi vào năm 1992. Trước đó các nhà vật lý không biết điều gì sẽ xảy ra khi đun nước ở môi trường không trọng lực, do tính phức tạp của động lực học chất lỏng. Sau đó, họ đi đến kết luận sự khác biệt là do không có đối lưu và sự nổi khi đun nước trên tàu vũ trụ, hai hiện tượng được gây ra bởi trọng lực.
Xem Video so sánh đun nước trong không gian và trên Trái Đất.
Hiệu ứng Leidenfrost
Khi một giọt nước rơi vào một bề mặt nóng hơn nhiều so với điểm sôi của nó, nó sẽ di chuyển trên đó lâu hơn so với bạn nghĩ rất nhiều. Hiện tượng này được gọi là "hiệu ứng Leidenfrost".
Nó xảy ra do bề mặt bên dưới của giọt nước khi bốc hơi, các phân tử hơi nước sẽ không thể thoát đi, tạo thành một lớp cách nhiệt, không cho nước tiếp xúc với bề mặt nhiệt độ cao phía dưới.
Video hiệu ứng Leidenfrost:
Sức căng bề mặt
Đôi khi nước cho cảm giác nó chống lại các định luật vật lý; liên kết với nhau chống lại trọng lực hay gây áp lực lớn lên các vật nặng để phá vỡ chúng. Đây là sức mạnh của sức căng bề mặt, một tính chất làm cho lớp ngoài cùng của một khối nước hoạt động như một cái màng.
Khác với các phân tử nằm trong lòng khối chất lỏng, được kéo từ mọi hướng với một lực như nhau dẫn đến hợp lực bằng 0, các phân tử nằm trên bề mặt chất lỏng không có các lực kéo từ phía trên, dẫn đến hợp lực sẽ kéo các phân tử hướng vào nhau, tạo ra một áp lực nội tại có thể giữ được vật nặng nổi. Như trên hình minh họa, chiếc ghim giấy có thể nổi trên mặt nước dù nó nặng hơn nước rất nhiều.
Sức căng bề mặt của nước có thể giữ cái ghim giấy không chìm. Ảnhreative Commons/Alvesgaspar