Khi một giọt nước hoặc vũng nước bị đóng băng, sự đông cứng bắt đầu tại điểm lạnh nhất sau đó lan ra các phần còn lại. Nhưng khi đóng băng bong bóng xà phòng trong một căn phòng nhiệt độ thấp, thứ tự đó hoàn toàn bị phá vỡ.
Bong bóng vẫn bắt đầu đông cứng từ dưới lên trên, nhưng rồi hàng trăm lớp băng mỏng sẽ xuất hiện đột ngột trên bề mặt. "Nó giống như những hạt pha lê mà bạn thấy trong quả cầu tuyết đồ chơi. Đó là lý do chúng tôi gọi đây là "Hiệu ứng quả cầu tuyết”, Jonathan Boreyko, đồng tác giả bài nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Communications cho biết.
 |
| Hiệu ứng "quả cầu tuyết" là kết quả của các dòng vật chất dịch chuyển bên trong và bên trên, do sự khác nhau của sức căng bề mặt. Ảnh: The Verge. |
Boreyko là kỹ sư cơ khí điều hành phòng thí nghiệm tại Virginia Tech, chuyên nghiên cứu hoạt động của chất lỏng, bao gồm những hoạt động của nước khi đóng băng. Boreyko cho hay nghiên cứu mới dựa trên những video về bong bóng trên YouTube.
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu ứng quả cầu tuyết xuất hiện là do hiệu ứng Marangoni (sự dịch chuyển vật chất bên trên hoặc bên trong một lớp chất lưu do sự khác nhau của sức căng bề mặt).
Về cơ bản, chất lỏng sẽ chảy từ nơi nóng đến nơi lạnh hơn. Khi bong bóng bị đóng băng trong tủ lạnh, phần chất lỏng của nó tiếp tục di chuyển, xé toạc các tinh thể băng khỏi lớp băng mỏng và di chuyển xung quanh. Mỗi tinh thể băng đó tạo ra lớp băng mỏng của riêng chúng, làm cho bề mặt bong bóng hóa rắn nhanh hơn.
 |
| Quá trình bong bóng đóng băng, có thể thấy sự xuất hiện đột ngột của các hạt tuyết đồng thời với quá trình đóng băng từ dưới lên. Ảnh: The Verge. |
Nhưng trong tủ đông nơi mọi thứ đều có cùng nhiệt độ, làm thế nào bong bóng có lượng nhiệt để tạo ra dòng chảy? “Câu trả lời nằm trong chính sự đóng băng,” Boreyko nói, “Có vẻ vô lí nhưng khi bạn đóng băng nước, nó sẽ tự làm ấm”.
Nhóm sinh viên của Boreyko đã thử làm khác đi một chút, họ tiến hành trong phòng thí nghiệm và kết quả thật sự khác biệt.
Thay vì đóng băng hoàn toàn, nửa dưới bong bóng hình thành lớp băng mỏng và dừng lại. Không khí ấm trong phòng giữ bong bóng ở trạng thái đó đến khi không khí bắt đầu từ từ thoát ra khỏi những lỗ li ti trên lớp băng mỏng. Các lỗ nhỏ đến mức phải mất vài phút để nó hoàn toàn sụp đổ.
Cả hai thí nghiệm đều mang lại kết quả trực quan. Nếu sống ở vùng khí hậu lạnh, bạn sẽ có cơ hội làm thí nghiệm này vào mùa đông. Chỉ cần một ít dung dịch xà phòng, bề mặt lạnh (như tuyết) và nhiệt độ không khí ở dưới mức đóng băng.
“Ai cũng có thể thử làm và đó là một phần lý do tôi tiến hành nghiên cứu này”, Boreyko nói.
