A2A
La pregunta tal como está ahora:
¿Qué tan rápido fluye el agua para no congelarse?
- Como ingeniero, sé que la fuerza de fricción es independiente del área de superficie en contacto. Pero como aficionado a los automóviles, también sé que un neumático más ancho proporciona una mejor tracción. ¿Cómo puedes explicar esta contradicción?
- ¿Hay alguna explicación de por qué una acción produce una reacción, o damos por sentado la tercera ley de Newton?
- ¿Qué queda en el aire por más tiempo una pelota lanzada hacia arriba o una pelota lanzada horizontalmente a la misma velocidad?
- Si todos los átomos en el universo se pusieran en un lugar, y escogiera uno al azar, ¿cuál es la probabilidad de que algún humano lo haya visto antes?
- ¿Por qué es que cuando construyo una pirámide y la suspendo de una cuerda, gira en sentido antihorario? ¿Los campos magnéticos de la tierra juegan un papel en esto?
Intuitivamente, el agua quieta se congela más rápido de lo que lo haría el agua en movimiento. ¿Es eso correcto?
¿Existe una ‘velocidad crítica’ a la cual el agua va tan rápido que no se congelará?
La pregunta más general: ¿Cuál es la relación entre temperatura, flujo y congelación?
¿Dependería de un flujo turbulento o suave?
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Sí, aún el agua tiende a congelarse más rápido que el agua en movimiento.
No, no hay una velocidad crítica con una transición repentina de congelación rápida a congelación lenta.
Se verá afectado por el flujo turbulento versus laminar (suave).
En general, no es tanto que el agua fluya. Más bien, es que el flujo mejora la transferencia de calor. El agua estacionaria se congelará primero en la superficie. Supongo que estamos hablando de congelar cosas como estanques en invierno cuando hace frío. Entonces, se forma una fina corteza de hielo en la parte superior de los estanques y charcos porque está en contacto con el aire, que es más frío que el punto de congelación del agua. El agua debajo es más cálida que la capa superior porque todavía no se ha filtrado todo el calor. A medida que las capas superiores se enfrían por debajo del punto de congelación, absorbe el calor de la capa debajo de ella, y eventualmente congela esa capa. Hay un gradiente de temperatura con la temperatura cada vez más fría a medida que avanza a través de la capa de hielo. Así es como el calor se mueve hacia afuera y hacia el aire para que el agua que se encuentra más abajo pueda congelarse.
Eso es para agua quieta. Ahora supongamos que el agua se está moviendo. Habrá generalmente movimiento relativo entre las diversas capas de agua. Si una delgada corteza comenzara a formarse en la parte superior, el agua en movimiento debajo de ella transferiría su calor a esa capa de manera más efectiva (convección forzada) y ayudaría a evitar que se congele en primer lugar, así como a no congelarse tan rápido justo debajo de esa capa porque de una mejor transferencia de calor desde el agua aún más profundo.
Si el flujo es turbulento, hay una transferencia de calor aún mejor desde el agua más caliente al agua que está siendo enfriada por el aire en la superficie. No solo es mejor la transferencia de calor de una parte del agua a otra, sino que también hay movimiento físico hacia arriba y hacia abajo. Entonces, algunas de las gotas de agua más cálidas de las profundidades pueden subir y reemplazar el agua en la superficie, no solo transferir calor al agua que estaba allí. Por lo tanto, toda esta agitación mantiene la capa al lado del aire más caliente, por lo que no puede formar hielo tan fácilmente. Sin embargo, eventualmente, todo el cuerpo de agua se enfriará lo suficiente y, en algún momento, comenzará a formarse trozos de hielo. De hecho, si comenzó a correr su reloj en este instante (cuando comienza a formarse hielo), congelará toda la profundidad más rápido que la caja de agua sin gas con la que comenzamos. Eso es porque ahora hemos enfriado la mayor parte del agua antes de tener hielo.
Entonces, irónicamente, el agua en movimiento se congelará más rápido . Es solo que la congelación se retrasó más. Entonces el agua quieta realmente se congela antes , no más rápido .
