L'enigma che sfida la fisica: perché l'acqua calda può congelare più velocemente dell'acqua fredda nel congelatore

Immagina la scena: qualcuno lancia in aria un recipiente con un liquido bollente nell’aria gelida e, all’improvviso, questo si trasforma in cristalli solidi. Questo trucco visivo, diventato popolarissimo sulle piattaforme digitali, nasconde una realtà fisica che si scontra frontalmente con ciò che ci suggerisce il senso comune. La cosa più sorprendente non è tanto la bellezza dell’istante, quanto la certezza che, se quello stesso liquido fosse stato tiepido, il risultato non sarebbe stato altrettanto rapido. È uno spettacolo visivo che cela una delle più grandi paradossi della scienza classica.

Ci troviamo di fronte a un fenomeno che contraddice le leggi che crediamo di conoscere sulla natura. Viene tecnicamente chiamato effetto Mpemba e stabilisce che, in scenari molto specifici, una massa d’acqua a temperatura elevata è in grado di raggiungere lo stato solido più rapidamente rispetto a una campione molto più freddo. Non si tratta di un errore di misurazione, ma di un comportamento autentico dell’acqua che rompe gli schemi mentali tradizionali.

Effetto Mpemba e il paradosso del congelamento rapido

Per comprendere questo enigma è fondamentale sottolineare che non si verifica sempre in modo generico. Se mettiamo nel congelatore un bicchiere a trentacinque gradi insieme a uno a cinque, la logica prevale e sarà quello più freddo a congelarsi per primo. Tuttavia, quando il divario termico è più ampio, come tra i settanta e i novanta gradi, la “magia” della fisica entra in gioco in modo sorprendente. È necessario che esista una differenza di energia termica sufficientemente grande affinché i meccanismi interni del fluido agiscano in maniera così peculiare.

La chiave sta nel fatto che il calore estremo altera drasticamente le regole del gioco all’interno del recipiente. Con una differenza di temperatura così marcata rispetto all’ambiente del congelatore, si attivano processi interni che accelerano la perdita di energia del sistema. La dinamica dei fluidi diventa allora molto più aggressiva, cercando l’equilibrio termico con una sorprendente “urgenza” fisica.

Ciò che spiazza davvero è che il liquido che “dovrebbe” impiegare più tempo a raffreddarsi finisce per raggiungere per primo il traguardo dello stato solido. Questo comportamento mette in discussione la nostra percezione quotidiana di come l’energia termica si trasmetta negli oggetti che ci circondano. È una realtà fisica documentata che dimostra come, a volte, il percorso più lungo in termini di gradi sia in realtà il più breve in termini di tempo.

Dai sapienti dell’antica Grecia all’aula di Erasto in Tanzania

Questo mistero non è affatto una scoperta dell’era moderna, poiché già affiorava nelle riflessioni dei grandi pensatori della storia. Figure del calibro di Aristotele, Cartesio o Francis Bacon avevano già notato che l’acqua calda mostrava comportamenti anomali. Tuttavia, non trovando una risposta solida nel loro tempo, la questione finì relegata in secondo piano, quasi come un mito dimenticato. Quelle menti straordinarie si scontrarono con un muro teorico che non riuscirono ad abbattere, lasciando il fenomeno sospeso per secoli.

Tutto cambiò negli anni Sessanta grazie alla curiosità di un giovane studente di nome Erasto Mpemba. Durante le lezioni di cucina in una scuola secondaria della Tanzania, osservò che la sua miscela per gelato, inserita ancora calda nel frigorifero, si solidificava prima di quelle dei compagni. Quell’osservazione casuale fu il motore che riportò questo fenomeno all’attenzione della comunità scientifica. Mpemba non accettò la risposta sbrigativa secondo cui fosse impossibile e decise di interrogare chi conosceva le leggi della fisica.

Il ragazzo non rimase con le mani in mano e chiese l’aiuto del professore di fisica Denis Osborne per validare la sua ipotesi sul campo. Insieme pubblicarono uno studio dal titolo suggestivo “Cool?” su una rivista specializzata, descrivendo con rigore ogni prova condotta. Così il nome di uno studente africano rimase per sempre legato a uno degli enigmi più affascinanti della termodinamica classica.

La scienza spiega perché l’acqua calda si congela prima di quella fredda

La risposta al perché l’acqua calda si congeli prima risiede nell’agitazione delle molecole. Quando il liquido è a temperatura più elevata, le sue particelle vibrano e si muovono con un’energia molto più intensa, generando correnti convettive interne. Questo movimento continuo trasporta il calore dal cuore del campione verso i bordi, favorendo una dispersione energetica molto più dinamica ed efficiente.

Un altro fattore determinante è la riduzione della massa dovuta all’evaporazione superficiale, che diminuisce la quantità totale di liquido da raffreddare. Allo stesso tempo, il riscaldamento preliminare tende a espellere i gas disciolti nell’acqua, facilitando la formazione di una struttura solida. Meno massa e meno interferenze gassose si traducono in una velocità di solidificazione che supera quella dei campioni più freddi.

Anche se proviamo a rallentare l’evaporazione coprendo il recipiente con una pellicola protettiva, l’effetto persiste, seppur in forma più attenuata. Ciò conferma che il trasferimento di calore per convezione è il motore principale che permette all’acqua a novanta gradi di superare quella a ottanta. Alla fine, la scienza dimostra che la complessità della materia ha sempre un asso nella manica capace di lasciarci a bocca aperta.