Fenomena Aneh: Mengapa Air Panas Lebih Mudah Dibekukan Daripada Air Dingin?

Tech Sains
16 November 2017
Foto : Shutterstock
Foto : Shutterstock

Sebuah tim peneliti dari Universidad Carlos III de Madrid, Universidad de Extremadura dan Universidad de Sevilla telah mendefinisikan kerangka teoretis yang dapat menjelaskan efek Mpemba, sebuah fenomena fisik yang berlawanan dengan logika, yakni mengapa air panas membeku lebih cepat daripada air dingin.

Para periset, yang baru-baru ini menerbitkan temuan di Physical Review Letters, telah mengkonfirmasi bagaimana fenomena ini terjadi pada cairan granular, yaitu partikel yang sangat kecil dan berinteraksi di antara mereka yang kehilangan sebagian energi kinetik mereka. Berkat karakterisasi teoritis ini, “kita bisa mensimulasikan komputer dan melakukan perhitungan analitik untuk mengetahui bagaimana dan kapan efek Mpemba akan terjadi,” kata Antonio Lasanta.

Lasanta berasal dari UC3M Gregorio Millán Barbany University Institute untuk Pemodelan dan Simulasi Dinamika Cair, Nanosains dan Matematika Industri. “Sebenarnya,” katanya, “kita tidak hanya menemukan bahwa orang terpanas bisa lebih cepat dingin tapi juga efek sebaliknya: pendakian yang paling dingin bisa lebih cepat, yang akan disebut efek Mpemba terbalik.”

Fakta bahwa cairan yang telah dipanaskan sebelumnya membeku lebih cepat daripada yang sudah dingin diamati untuk pertama kalinya oleh Aristoteles pada abad ke-4 Masehi. Francis Bacon, bapak empirisme ilmiah, dan René Descartes, filsuf Prancis, juga tertarik pada fenomena tersebut, yang menjadi sebuah teori ketika, pada tahun 1960, seorang siswa Tanzania bernama Erasto Mpemba menjelaskan kepada gurunya di sebuah kelas bahwa campuran terpanas es krim membeku lebih cepat dari yang dingin.

Anekdot ini mengilhami sebuah dokumen teknis tentang subjek ini, dan efeknya mulai dianalisis di majalah pendidikan dan sains. Namun, sebab dan akibatnya hampir tidak dipelajari sampai sekarang.

“Ini adalah efek yang, secara historis, belum ditangani dengan cara yang tepat, tapi hanya sebagai anomali dan keingintahuan didaktis,” kata Antonio Prados, salah satu peneliti dari Universidad de Sevilla Jurusan Fisika Teoritis.

“Dari sudut pandang kami, penting untuk mempelajarinya dalam sistem dengan bahan minimum agar bisa mengendalikan dan memahami tingkah lakunya,” katanya.

Hal ini memungkinkan mereka memahami skenario yang lebih mudah terjadi, yang merupakan salah satu hasil utama dari penelitian ilmiah ini. “Berkat penelitian ini, kami telah mengidentifikasi beberapa campurannya, sehingga efeknya terjadi pada beberapa sistem fisik yang dapat kami gambarkan dengan baik secara teoritis,” kata peneliti Francisco Vega Reyes dan Andrés Santos, dari Universidad de Extremadura Instituto de Computación Científica Avanzada (Institute Perhitungan Ilmiah Tingkat Lanjut).

“Skenario yang paling mudah terjadi adalah kecepatan putaran sebelum pemanasan atau pendinginan memiliki disposisi tertentu—misalnya dengan dispersi tinggi di sekitar nilai rata-rata,” katanya. Dengan cara ini, evolusi suhu fluida dapat terpengaruh secara signifikan jika keadaan partikel disiapkan sebelum pendinginan.

Penelitian “ilmu pengetahuan dasar” ini, selain berkontribusi untuk meningkatkan pengetahuan mendasar, mungkin memiliki aplikasi lain pada pertengahan atau jangka panjang. Sebenarnya, kelompok peneliti ini berencana melakukan eksperimen yang memverifikasi teori tersebut. Belajar meniru dan menggunakan efek ini mungkin bisa diaplikasikan dalam kehidupan kita sehari-hari, menurut para ilmuwan. Misalnya, bisa digunakan untuk membuat perangkat elektronik yang ingin kita dinginkan lebih cepat.