
Почему стеклянные бутылки лопаются в морозилке? Это не то, что мы думали
Готовы расстаться с ещё одним упрощённым представлением о мире, чтобы на шаг приблизиться к истине? Стеклянные бутылки лопаются в морозильной камере не только потому, что вода расширяется при замерзании.
Треснувшая бутылка в морозилке — это не просто невезение, а неумолимая физика. Учёные из Амстердамского университета наконец-то разгадали загадку, почему стеклянные бутылки с водой разрушаются при замерзании, и дело не только в расширении льда. Настоящий виновник — скрытый карман с жидкостью, который становится бомбой замедленного действия, когда вокруг него образуется лёд.
На этот счёт шутит ведущий автор исследования Менно Деммени.
— Деммени.
В школе мы узнали, что вода при замерзании расширяется, в отличие от большинства других веществ. Обычно в этом расширении винят замораживание, которое приводит к повреждениям ёмкости. Но вот в чём дело: если бутылка заполнена только наполовину, почему она всё равно может треснуть? Разве льду не должно было хватить пространства, чтобы расширяться без ущерба для бутылки?
Группа исследователей провела более 120 экспериментов со стеклянными бутылками разного размера. Они добавляли в воду синий краситель, который при замерзании вытеснялся в область пока ещё жидкой воды, что позволяло наблюдать, где именно и когда образуется лёд. Объём окрашенной воды замерзал, теряя синеву от краёв к центру, в течение 42 минут. Через 34 минуты прозрачный лёд полностью окружал всё ещё жидкий синий слой воды. Когда этот слой воды замерзал через несколько минут, он создавал достаточное давление, чтобы развалить ёмкость
Снимки процесса замораживания 4 мл воды. Красная стрелка указывает, где начинается кристаллизация
Оказывается, повреждения возникают не только потому, что вода расширяется при замерзании. Это происходит из-за того, как именно образуется лёд в ёмкости. Когда вода твердеет в бутылке, она обычно начинает замерзать сверху, там, где соприкасается со стеклом и воздухом. Так образуется ледяная «пробка». Затем вода продолжает замерзать вовнутрь, в результате чего в середине остаётся карман с жидкостью, полностью окружённый льдом.
Когда этот замкнутый карман наконец замерзает, ему некуда расширяться. Давление, которое он создаёт, огромно: его достаточно, чтобы деформировать сталь, и оно вчетверо больше, чем может выдержать стеклянная бутылка. Вот почему сосуд трескается.
Исследователи сняли на видео десятки образцов окрашенной в синий воды, замерзающей при температуре −30 °C. Удивительно, но не имело значения, насколько велик или мал образовавшийся жидкий участок внутри — давление, которое он создаёт, всегда одинаково. Вот почему даже бутылки с небольшим количеством воды могут разбиться.
Изменение свойств поверхности стекла может полностью предотвратить явление. Когда учёные обработали стекло водоотталкивающим средством, вода образовала ровную поверхность, а не изогнутую. Внесённая «поправка» привела к тому, что лёд начал формироваться снизу, а не сверху, позволяя жидкости подниматься вверх по мере замерзания.
В обычных стеклянных ёмкостях вода слегка изгибается в месте соприкосновения со стеклом. Молекулы на стыке двигаются не так активно, поэтому это место замерзает первым.
Экспериментаторы также обнаружили, что ёмкости меньшего размера реже бьются. Вода во флакончиках остывает быстрее, потому что площадь поверхности больше по сравнению с объёмом жидкости. Из-за этого вода остывает ниже 0 °C до того, как превратится в лёд.
Переохлаждённая вода замерзает по-другому. Вместо того, чтобы образовывать сплошной кусок льда, она создаёт ветвящиеся ледяные узоры, в которых задерживаются крошечные пузырьки воздуха. Эти пузырьки действуют как маленькие амортизаторы, снижая давление на ёмкость.
Те же принципы, которые объясняют явления в морозильнике, применимы и к повреждениям от мороза в дорожных покрытиях, зданиях и исторических памятниках. Понимание того, как лёд образуется и повреждает материалы, поможет инженерам проектировать более надёжные конструкции для холодного климата, а реставраторам — защищать ценные артефакты.
Итак, стеклянная бутылка взрывается в морозильнике не просто из-за расширения воды, а из-за особой последовательности замерзания, которая удерживает воду в плену у льда и создаёт огромное давление. С бытовой точки зрения истина известна давно: не ставьте стеклянную тару в морозильник либо воспользуйтесь пластиковой.
Треснувшая бутылка в морозилке — это не просто невезение, а неумолимая физика. Учёные из Амстердамского университета наконец-то разгадали загадку, почему стеклянные бутылки с водой разрушаются при замерзании, и дело не только в расширении льда. Настоящий виновник — скрытый карман с жидкостью, который становится бомбой замедленного действия, когда вокруг него образуется лёд.
На этот счёт шутит ведущий автор исследования Менно Деммени.
Ньютону на голову упало яблоко. Я обнаружил в своей морозильной камере кучу битого стекла
— Деммени.
В школе мы узнали, что вода при замерзании расширяется, в отличие от большинства других веществ. Обычно в этом расширении винят замораживание, которое приводит к повреждениям ёмкости. Но вот в чём дело: если бутылка заполнена только наполовину, почему она всё равно может треснуть? Разве льду не должно было хватить пространства, чтобы расширяться без ущерба для бутылки?
Группа исследователей провела более 120 экспериментов со стеклянными бутылками разного размера. Они добавляли в воду синий краситель, который при замерзании вытеснялся в область пока ещё жидкой воды, что позволяло наблюдать, где именно и когда образуется лёд. Объём окрашенной воды замерзал, теряя синеву от краёв к центру, в течение 42 минут. Через 34 минуты прозрачный лёд полностью окружал всё ещё жидкий синий слой воды. Когда этот слой воды замерзал через несколько минут, он создавал достаточное давление, чтобы развалить ёмкость

Оказывается, повреждения возникают не только потому, что вода расширяется при замерзании. Это происходит из-за того, как именно образуется лёд в ёмкости. Когда вода твердеет в бутылке, она обычно начинает замерзать сверху, там, где соприкасается со стеклом и воздухом. Так образуется ледяная «пробка». Затем вода продолжает замерзать вовнутрь, в результате чего в середине остаётся карман с жидкостью, полностью окружённый льдом.
Когда этот замкнутый карман наконец замерзает, ему некуда расширяться. Давление, которое он создаёт, огромно: его достаточно, чтобы деформировать сталь, и оно вчетверо больше, чем может выдержать стеклянная бутылка. Вот почему сосуд трескается.
Исследователи сняли на видео десятки образцов окрашенной в синий воды, замерзающей при температуре −30 °C. Удивительно, но не имело значения, насколько велик или мал образовавшийся жидкий участок внутри — давление, которое он создаёт, всегда одинаково. Вот почему даже бутылки с небольшим количеством воды могут разбиться.
Изменение свойств поверхности стекла может полностью предотвратить явление. Когда учёные обработали стекло водоотталкивающим средством, вода образовала ровную поверхность, а не изогнутую. Внесённая «поправка» привела к тому, что лёд начал формироваться снизу, а не сверху, позволяя жидкости подниматься вверх по мере замерзания.
В обычных стеклянных ёмкостях вода слегка изгибается в месте соприкосновения со стеклом. Молекулы на стыке двигаются не так активно, поэтому это место замерзает первым.
Экспериментаторы также обнаружили, что ёмкости меньшего размера реже бьются. Вода во флакончиках остывает быстрее, потому что площадь поверхности больше по сравнению с объёмом жидкости. Из-за этого вода остывает ниже 0 °C до того, как превратится в лёд.
Переохлаждённая вода замерзает по-другому. Вместо того, чтобы образовывать сплошной кусок льда, она создаёт ветвящиеся ледяные узоры, в которых задерживаются крошечные пузырьки воздуха. Эти пузырьки действуют как маленькие амортизаторы, снижая давление на ёмкость.
Те же принципы, которые объясняют явления в морозильнике, применимы и к повреждениям от мороза в дорожных покрытиях, зданиях и исторических памятниках. Понимание того, как лёд образуется и повреждает материалы, поможет инженерам проектировать более надёжные конструкции для холодного климата, а реставраторам — защищать ценные артефакты.
Итак, стеклянная бутылка взрывается в морозильнике не просто из-за расширения воды, а из-за особой последовательности замерзания, которая удерживает воду в плену у льда и создаёт огромное давление. С бытовой точки зрения истина известна давно: не ставьте стеклянную тару в морозильник либо воспользуйтесь пластиковой.
- Дмитрий Ладыгин
- stock.adobe.com; nature.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Тайна последнего Папы: сбудется ли пророчество XII века?
Три Петра, один престол: что об этом говорят историки и сам Ватикан?...

Что 220 дней в космосе сделали с 70-летним мужчиной?
Старейший астронавт NASA возвратился на Землю....

Экстремальная «зомби-звезда» с чудовищным по силе магнитным полем стремительно мчится по галактике
И никто не знает, откуда она вообще взялась....

Историки подтвердили: Римскую империю добил… ледниковый период
Об этом рассказали камни, принесенные гренландскими ледниками в Исландию....

Невероятная история единственного человека, которому удалось проникнуть в Зону 51
Джерри Фримен не только выбрался оттуда, но и рассказал, что увидел....

Американские военные приступили к строительству орбитального авианосца
Пентагон говорит, что это исключительно ради мира. Но эксперты прогнозируют военную эскалацию в космосе....

«Двух монстров» засняли на камеру в знаменитом шотландском озере
Ученые не верят, но кого тогда видел очевидец?...

Оксфордские лорды и кубок смерти: громкий скандал в главном британском вузе
Оказывается, английские ученые почти 200 лет пили вино и шоколад… из черепа рабыни....

Китай испытал новейшую водородную, но не ядерную бомбу
Кто-то говорит, что это инновация, а кто-то, что такое уже было в СССР....

Бетон в туннелях для автотранспорта гниёт удивительно быстро
Казалось бы прочный материал гложут микробы....

Исследование показало, отчего погиб древнеримский гладиатор в Британии
О, это была очень мучительная и страшная смерть!...

Шимпанзе устраивают пьяные вечеринки
Похоже, у человека и близких видов это в крови....

Археологи откопали 4500-летнюю гробницу египетского принца из Пятой династии
В ней был погребён Васер-Иф-Ре....

Оказывается, искали не там: почему сферы Дайсона прячутся в двойных системах?
Новые расчеты астрофизиков в корне меняют правила поиска инопланетной жизни....

Древний «крем для тела» спас человечество от вымирания 41 000 лет назад
Детектив каменного века: охра против ультрафиолета....

Вороны еще раз подтвердили свою гениальность
Исследование показало, что эти птицы отлично распознают… геометрические фигуры....