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Um estudante de 13 anos numa escola secundária da Tanzânia notou que a mistura de sorvete que ele colocava quente no congelador ficava pronta antes da mistura que os colegas colocavam fria. Ele perguntou ao professor de física. O professor disse que estava errado. Ele insistiu. Repetiu o teste. Estava certo.
O nome dele era Erasto Mpemba. O fenômeno que ele observou ainda divide físicos mais de sessenta anos depois.
I
O Fenômeno
O Efeito Mpemba descreve uma observação contraintuitiva: em certas condições, um volume de água inicialmente quente congela mais rápido que o mesmo volume inicialmente frio. Erasto Mpemba era aluno da Magamba Secondary School, Tanzânia, em 1963. Em 1969, Mpemba e Denis Osborne publicaram o artigo "Cool?" na Physics Education.
As condições favoráveis incluem recipientes abertos, volumes de 50 a 100 ml, temperaturas iniciais entre 60 e 90 °C comparadas com 20 a 25 °C, e congeladores com convecção natural. O fenômeno não foi descoberto por Mpemba. Aristóteles já o mencionava nos Meteorologica (circa 350 a.C.). O mérito de Mpemba foi forçar a física moderna a prestar atenção.
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"If you take two similar containers with equal volumes of water, one at 35 °C and the other at 100 °C, and put them into a freezer, the one that started at 100 °C freezes first. Why?" Mpemba & Osborne, Physics Education, 1969.
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II
Por que Importa
A dificuldade do Efeito Mpemba não é observá-lo. É explicá-lo. Cinco hipóteses competem: evaporação, convecção, gases dissolvidos, supercooling e ligações de hidrogênio. Em 2020, Kumar e Bechhoefer (Simon Fraser University) demonstraram na Nature o efeito em microesferas coloidais, mostrando que pode ser propriedade geral de sistemas termodinâmicos longe do equilíbrio.
O Efeito Mpemba importa porque expõe um buraco na termodinâmica do cotidiano. A lei de resfriamento de Newton prevê que o corpo mais quente leva mais tempo. Na maioria dos casos, está correta. O Efeito Mpemba mostra condições de contorno onde o sistema se comporta de forma não-linear.
III
A Fonte
Mpemba, E. B., & Osborne, D. G. (1969). Cool? Physics Education, 4(3), 172-175.
Kumar, A., & Bechhoefer, J. (2020). Exponentially faster cooling in a colloidal system. Nature, 584, 64-68.
Peer-reviewed. O artigo original de 1969 é um marco: primeira vez que uma revista de física publicou um fenômeno observado por um estudante secundarista africano. Replicações em Cambridge, Nanyang, Simon Fraser e Max Planck.
IV
Mais Um Caso
O paradoxo da tostada. Robert Matthews (Aston University, 1995) demonstrou no European Journal of Physics que a altura das mesas e o arrasto da torrada criam rotação que completa meia volta antes do impacto. A física favorece o lado da manteiga. Ig Nobel de Física, 1996.
O efeito Brazil Nut. Agite uma lata de castanhas mistas e as maiores sobem. Rosato, Strandburg e Prinz descreveram o mecanismo em Physical Review Letters (1987). O fenômeno é usado em engenharia farmacêutica para separação por tamanho.
Alguns fenômenos parecem triviais até alguém medir. Quando mede, a física surpreende.
Até o próximo fenômeno verificado.
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