Cốc nước đá đọng nước bên ngoài không phải vì nước thấm qua thành cốc. Không khí quanh ta luôn chứa hơi nước; khi chạm vào thành cốc lạnh, lớp không khí sát thành bị làm lạnh xuống dưới "điểm sương" và hơi nước ngưng lại thành giọt. Trời càng nồm ẩm, cốc càng "đổ mồ hôi" nhiều.
Từ cốc trà đá đến ngăn đá tủ lạnh, đồ lạnh quanh nhà chứa khá nhiều câu hỏi thú vị. Dưới đây là 11 câu đố có gợi ý và đáp án, trong đó có cả vài câu mà giới khoa học vẫn còn bàn tiếp. Đem ra đố nhau trong lúc ngồi quán trà đá mùa hè là vừa khéo: câu hỏi ngay trước mặt, đáp án ngay trong cốc.
Cốc trà đá: giọt nước từ đâu, cục đá nổi vì sao
Hai câu mở đầu ngay trên bàn quán, chưa cần mở tủ lạnh.
Câu 1. Vì sao cốc nước đá bị đọng nước bên ngoài?
Gợi ý: Nước không đi xuyên qua thuỷ tinh. Vậy nó từ đâu tới?
Đáp án: Nước đến từ không khí. Không khí luôn chứa một lượng hơi nước vô hình. Không khí càng lạnh thì càng giữ được ít hơi nước. Khi lớp không khí sát thành cốc bị làm lạnh tới nhiệt độ gọi là điểm sương, phần hơi nước dư không còn chỗ "ở" nữa và ngưng tụ thành giọt trên bề mặt lạnh nhất gần đó, tức thành cốc.
Ngày hanh khô, cốc đá đọng rất ít nước; ngày nồm, cốc ướt sũng tạo thành vũng dưới đáy. Cùng nguyên lý ấy, sàn nhà và tường "đổ mồ hôi" khi gió nồm thổi vào nhà đang lạnh.
Câu 2. Vì sao cục đá nổi trên mặt nước thay vì chìm?
Gợi ý: Hầu hết chất lỏng khi đông đặc thì co lại. Nước thì ngược đời.
Đáp án: Khi đóng băng, các phân tử nước xếp thành mạng tinh thể có nhiều khoảng trống, giữ nhau bằng liên kết hydro. Vì thế nước đá chiếm thể tích lớn hơn khoảng 9 phần trăm so với cùng lượng nước lỏng, tức là nhẹ hơn nước. Vật nhẹ hơn chất lỏng thì nổi, nên đá nổi, chừng một phần mười nhô lên trên mặt nước.
Tính chất "ngược đời" này rất quan trọng với sự sống: mùa đông, ao hồ vùng lạnh đóng băng từ mặt xuống, lớp băng nổi phía trên che chắn cho nước bên dưới, nên cá vẫn sống được dưới băng.
Trong ngăn đá: chai nước nứt và viên đá đục
Cánh cửa tủ lạnh đóng lại, nhưng các phân tử nước bên trong vẫn đang tiếp tục những câu chuyện của chúng.
Câu 3. Vì sao chai nước đầy để ngăn đá bị phình hoặc nứt?
Gợi ý: Nhớ lại đáp án câu trước về thể tích của nước đá.
Đáp án: Nước nở ra khi đóng băng. Một chai đổ đầy tận miệng không còn chỗ cho phần thể tích tăng thêm, nên đá đẩy ra mọi phía. Chai nhựa mềm thì phình và có thể nứt đáy, chai thuỷ tinh thì vỡ, lon nước ngọt thì phồng nắp hoặc bục mép.
Ống nước ngoài trời ở xứ lạnh vỡ vào mùa đông cũng vì lý do này. Mẹo: để đông nước thì chừa khoảng một phần mười chai để trống, và không đặt chai thuỷ tinh hay lon có ga vào ngăn đá.
Câu 4. Vì sao viên đá làm ở nhà có lõi trắng đục, còn đá ở quán có loại trong veo?
Gợi ý: Nước máy chứa nhiều thứ hơn là chỉ có nước.
Đáp án: Trong nước có khí hoà tan và một ít khoáng chất. Khay đá trong ngăn đá đông từ ngoài vào trong: lớp đá ngoài hình thành trước, đẩy khí và tạp chất dồn dần vào phần giữa còn lỏng. Đến khi lõi đông lại, khí bị giữ thành vô số bọt li ti, ánh sáng đi qua bị tán xạ lung tung nên trông đục trắng.
Đá trong được làm bằng máy cho nước đông từ một phía, liên tục đẩy bọt khí ra ngoài, hoặc làm từ nước đã đun sôi và lọc. Đá đục và đá trong lạnh như nhau, chỉ khác dáng vẻ và đá trong thường tan chậm hơn một chút vì đặc hơn.
Tủ lạnh nóng lưng, lạnh bụng
Hai câu về chính cái tủ, thứ máy chạy cả ngày lẫn đêm mà ta hiếm khi nghĩ tới cách nó làm việc.
Câu 5. Vì sao ngăn đá hay đóng tuyết dày dù đóng cửa cẩn thận?
Gợi ý: Mỗi lần mở cửa, tủ "nuốt" vào một ít thứ gì từ phòng?
Đáp án: Mỗi lần mở cửa, không khí ấm và ẩm của phòng tràn vào. Hơi nước trong đó gặp dàn lạnh và thành ngăn đá thì ngưng tụ rồi đông lại thành lớp tuyết. Thực phẩm còn ướt, nồi canh còn ấm cho vào tủ, gioăng cửa bị hở cũng mang thêm hơi ẩm vào.
Tủ lạnh có chức năng xả đá tự động thì dùng một bộ sưởi nhỏ làm tan lớp tuyết định kỳ, nước chảy ra khay hứng phía dưới và bay hơi nhờ hơi nóng của máy. Tủ đời cũ thì phải rút điện xả đá bằng tay. Lớp tuyết dày làm tủ tốn điện vì nó cách nhiệt, cản tủ làm lạnh.
Câu 6. Mở toang cửa tủ lạnh có làm mát được căn phòng không?
Gợi ý: Tủ lạnh không "tạo" ra lạnh, nó chỉ chuyển nhiệt từ chỗ này sang chỗ khác.
Đáp án: Không, phòng còn nóng thêm. Tủ lạnh hoạt động như một cái bơm nhiệt: lấy nhiệt từ bên trong tủ và thải ra dàn nóng ở phía sau hoặc hai bên hông, vì thế lưng tủ luôn ấm. Mở cửa thì nhiệt lấy ra từ phía trước lại được thải ngay về phía sau, cùng một căn phòng. Cộng thêm điện năng máy nén tiêu thụ cũng biến thành nhiệt, nên tổng cộng phòng ấm lên.
Máy điều hoà mát được phòng vì dàn nóng đặt ngoài trời, mang nhiệt ra khỏi phòng. Cũng vì vậy, nên để tủ lạnh cách tường một khoảng cho dàn nóng thoát nhiệt, tủ chạy nhẹ và đỡ tốn điện.
Kem que, khay đá và cái lưỡi dại dột
Hai câu dành riêng cho người mê đồ lạnh, có cả một câu mà khoa học vẫn đang tìm hiểu cho kỹ.
Câu 7. Vì sao ăn kem vội thì bị buốt đầu?
Gợi ý: Cơn buốt thường xuất hiện khi đồ lạnh chạm vào vòm miệng trên.
Đáp án: Có nhiều cách giải thích, nhưng giả thuyết được nhắc nhiều nhất là thế này: đồ rất lạnh chạm vòm miệng làm các mạch máu ở vùng đó co lại đột ngột rồi giãn ra nhanh khi ấm lên. Các dây thần kinh ở đây truyền tín hiệu đau, và não "đặt nhầm địa chỉ" cơn đau lên vùng trán hoặc thái dương. Cơn buốt thường chỉ kéo dài vài giây đến một phút.
Giới y học gọi đây là đau đầu do kích thích lạnh, và cơ chế chính xác vẫn còn được nghiên cứu. Cách đỡ nhất là ăn chậm, ngậm kem ở phía trước lưỡi, và khi bị buốt thì áp lưỡi lên vòm miệng để làm ấm lại.
Câu 8. Vì sao liếm que kem hay khay đá vừa lấy từ ngăn đá ra thì lưỡi bị dính?
Gợi ý: Lưỡi lúc nào cũng ướt, còn khay thì lạnh hơn nhiều so với 0 độ C.
Đáp án: Ngăn đá thường lạnh khoảng âm 18 độ C. Bề mặt kim loại hay que kem ở nhiệt độ ấy rút nhiệt rất nhanh khỏi lớp nước bọt trên lưỡi, làm lớp nước bọt đông lại tức thì. Nước đá lúc đó như một lớp keo dán lưỡi vào bề mặt lạnh. Kim loại dẫn nhiệt tốt nên dính nhanh và chắc hơn nhựa.
Bị dính thì đừng giật mạnh, dễ rách niêm mạc lưỡi. Hà hơi ấm hoặc dội chút nước ấm (không nóng) vào chỗ dính để lớp đá tan, lưỡi sẽ tự nhả ra.
Rau nhũn, kem sạn và câu đố nước nóng
Ba câu cuối nói về những thứ để tủ lạnh lâu ngày, và một câu hỏi làm các nhà vật lý cãi nhau mấy chục năm.
Câu 9. Vì sao rau xà lách lỡ để ngăn đá rồi rã đông thì nhũn như bị luộc?
Gợi ý: Phần lớn lá rau là nước nằm trong các tế bào có màng mỏng.
Đáp án: Khi đông lạnh, nước trong và quanh tế bào rau kết thành tinh thể đá có cạnh sắc. Tinh thể lớn dần, chọc thủng và làm rách màng tế bào. Khi rã đông, nước chảy ra khỏi các tế bào đã vỡ, lá mất độ căng giòn và mềm nhũn.
Rau đông lạnh công nghiệp được chần sơ rồi làm đông thật nhanh để tinh thể đá nhỏ, ít phá tế bào hơn, nhưng vẫn hợp để nấu chứ không hợp ăn sống. Rau ăn sống thì để ngăn mát, tránh sát dàn lạnh phía sau.
Câu 10. Vì sao hộp kem để lâu, mở ra nhiều lần thì bị sạn?
Gợi ý: Mỗi lần lấy kem ra ngoài, bề mặt kem tan một chút.
Đáp án: Kem ngon nhờ tinh thể đá rất nhỏ, lưỡi không cảm nhận được. Mỗi lần mở tủ hay đặt hộp kem ra bàn, lớp kem ngoài tan chảy một phần; cho lại vào tủ, nước ấy đông lại, bám vào những tinh thể sẵn có làm chúng to dần. Sau vài lần như vậy, tinh thể lớn tới mức lưỡi thấy lạo xạo như cát.
Mẹo: lấy kem xong cất ngay, ép một lớp màng bọc sát mặt kem trước khi đậy nắp, và để hộp kem trong góc sâu ngăn đá chứ không để ở cánh cửa, nơi nhiệt độ dao động nhiều nhất.
Câu 11. Nước nóng có đóng băng nhanh hơn nước lạnh không?
Gợi ý: Đây là câu đố mà chính các nhà khoa học vẫn chưa thống nhất.
Đáp án: Có lúc có, có lúc không, và đây là câu trả lời trung thực nhất. Hiện tượng nước nóng đông trước nước lạnh trong một số điều kiện được gọi là hiệu ứng Mpemba, theo tên một học sinh Tanzania đã quan sát khi làm kem và cùng một giáo sư công bố năm 1969. Người ta đưa ra nhiều giải thích: nước nóng bay hơi nhiều hơn nên còn ít nước, ít khí hoà tan hơn, đối lưu mạnh hơn.
Nhưng các thí nghiệm lặp lại cho kết quả không ổn định, phụ thuộc vào cốc, vị trí trong tủ, cách đo "đã đông". Nhiều nhà vật lý cho rằng trong điều kiện kiểm soát chặt, hiệu ứng rất khó tái hiện. Đố bạn bè câu này, ai nói "chắc chắn có" hay "chắc chắn không" đều chưa trọn điểm.
Chuyện thật đằng sau: hiểu lầm và thực tế về tủ lạnh
Một bảng nhỏ gom lại những điều hay nghe ở bàn trà, đối chiếu với điều đã biết chắc.
| Hay nghe | Thực tế |
|---|---|
| Đồ ăn còn nóng không được cho vào tủ | Nên để bớt nóng chừng một lúc rồi cất, chia nhỏ cho nhanh nguội. Để ngoài quá lâu ở nhiệt độ phòng mới là chỗ vi khuẩn sinh sôi. |
| Tủ càng chất đầy càng tốn điện | Ngăn mát chất kín làm khí lạnh khó lưu thông, đồ ăn lạnh không đều. Ngăn đá đầy vừa phải thì ngược lại giữ lạnh tốt khi mất điện. |
| Đá đục là đá bẩn | Lõi đục chủ yếu là bọt khí. Đá sạch hay bẩn phụ thuộc nguồn nước và khay đựng, không nhìn độ trong mà biết được. |
| Để tủ sát tường cho gọn | Dàn nóng cần chỗ thoát nhiệt. Để hở theo hướng dẫn của nhà sản xuất giúp máy chạy nhẹ hơn. |
| Rã đông thịt bằng cách để ngoài bàn cả buổi | Cách an toàn là chuyển xuống ngăn mát từ hôm trước, hoặc ngâm cả túi kín trong nước lạnh, hoặc rã đông bằng lò vi sóng rồi nấu ngay. |
Cái tủ lạnh làm việc thầm lặng tới mức ta quên nó cũng có những quy luật riêng. Biết vì sao nó đóng tuyết, vì sao lưng nó nóng, vì sao kem bị sạn là đủ để dùng tủ bền hơn và đồ ăn ngon hơn.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao chai nước ngọt có ga để ngăn đá lâu dễ nổ hơn chai nước lọc?
Ngoài chuyện nước nở ra khi đông, trong chai có ga còn có khí CO2 hoà tan. Khi nước đông, khí bị đẩy ra khỏi phần đá và dồn vào khoảng trống, làm áp suất trong chai tăng thêm. Hai lực cộng lại khiến chai có ga dễ bục hơn nhiều.
Có nên để tủ lạnh ở chế độ lạnh nhất cho chắc?
Không cần. Ngăn mát thường nên để khoảng 0 đến 5 độ C, ngăn đá khoảng âm 18 độ C. Lạnh hơn mức đó tốn điện hơn, rau ở ngăn mát dễ bị đông đá ở chỗ sát dàn lạnh. Dùng một nhiệt kế nhỏ đặt trong tủ là cách kiểm tra dễ nhất.
Vì sao tủ lạnh thỉnh thoảng kêu lách tách hoặc ro ro?
Tiếng ro ro thường là máy nén và quạt đang chạy. Tiếng lách tách hay răng rắc là nhựa và kim loại co giãn khi nhiệt độ thay đổi, hoặc nước xả đá nhỏ giọt. Những tiếng này bình thường. Tiếng gõ mạnh, rung lắc lạ hoặc tủ không lạnh thì nên gọi thợ kiểm tra.
Đá viên để lâu trong ngăn đá có bị nhỏ đi không?
Có. Đá có thể thăng hoa, tức chuyển thẳng từ thể rắn sang hơi, nhất là trong ngăn đá có quạt thổi khô. Vài tuần sau, viên đá nhỏ đi, góc cạnh tròn lại và có thể hút mùi thức ăn xung quanh. Đá dùng cho đồ uống nên làm mới thường xuyên.
Vì sao ăn kem xong uống nước ấm thấy dễ chịu hơn?
Nước ấm làm vòm miệng và họng ấm lên nhanh, các mạch máu trở lại trạng thái bình thường, nên cảm giác buốt và tê mau qua. Đây chỉ là cảm giác thoải mái, không phải cách chữa gì. Cảm giác buốt răng kéo dài mỗi khi ăn lạnh thì nên đi khám nha sĩ.