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16 de Noviembre de 2017
FÍSICA

El agua caliente puede congelarse antes que el agua fría. ¿Por qué?

Y lo más frío puede calentarse antes que lo caliente. Conocido desde la Antigüedad, el efecto Mpemba parecía mofarse de los físicos. Ahora han descubierto este fenómeno en medios granulares y proponen un nuevo marco teórico para explicarlo.

[iStock/ TothGaborGyula]

En el siglo IV a.C., Aristóteles ya observó que bajo ciertas circunstancias el agua caliente se congelaba antes que la fría. A Francis Bacon y René Descartes también les fascinó descubrirlo. En algunos lugares se trata de un hecho conocido también por cuestiones prácticas: en Canadá, por ejemplo, vierten agua caliente sobre las pistas de patinaje para engrosarlas. Bastante más extendido está que las cañerías de agua caliente revientan con más facilidad que las de agua fría durante las heladas.

Pero aunque este fenómeno se conozca desde hace más de 2000 años, no fue hasta 1960 que el tanzano Erasto Mpemba lo redescubrió en la escuela al elaborar un helado para un trabajo práctico de física, razón por la que desde entonces se conoce por este nombre. El efecto Mpemba ha sido protagonista de varios trabajos de divulgación como curiosidad física. Sin embargo, sus causas y explicación científica aún no se han aclarado por completo.

Ahora, investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid, la Universidad de Extremadura y la de Sevilla han comprobado que el mismo fenómeno no solo se da en el agua, sino también en fluidos granulares; es decir, aquellos compuestos por pequeñas partículas que, al interaccionar, pierden parte de su energía cinética debido a la fricción. Los resultados han sido publicados en la revista Physical Review Letters.

Los investigadores no solo comprobaron que lo más caliente puede enfriarse más rápido, sino también que lo más frío puede calentarse antes: el efecto Mpemba inverso. Uno de los factores determinantes que parece explicar ambos fenómenos es la distribución de velocidades de las partículas antes del enfriamiento.

Según explican los investigadores en la nota de prensa de la Universidad Carlos III, esta caracterización permite simular el fenómeno en un ordenador y realizar cálculos analíticos para saber cómo y cuándo va a ocurrir el efecto, así como estudiarlo en un sistema con los ingredientes mínimos para poder controlar y entender bien su comportamiento. El supuesto en el que es más fácil que aparezca el efecto, indican los investigadores, es aquel en el que las velocidades de las partículas antes del calentamiento o del enfriamiento tengan una distribución determinada; por ejemplo, con una gran dispersión alrededor del valor medio. «De este modo, la evolución de la temperatura del fluido podría verse significativamente afectada si se prepara el estado de las partículas antes del enfriamiento», explican los autores del trabajo.

Aparte de haber encontrado una caracterización simple y que podría explicar el curioso efecto Mpemba, a largo plazo la investigación puede tener aplicaciones prácticas. Por ejemplo, para desarrollar dispositivos electrónicos en los que se quiera conseguir un enfriamiento rápido.

Bruna Espar Gasset

Referencia: «When the hotter cools more quickly: Mpemba effect in granular fluids». A. Lasanta, F. Vega Reyes, A. Prados y A. Santos en Physical Review Letters, vol. 119, art. 148001, 4 de octubre de 2017. Una versión gratuita del artículo técnico se encuentra disponible en el repositorio arXiv.

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