热水比冷水会更快地结冰的钢据条震动原理。

为什么热水比冷水会更快地结冰呢？这是一个疑问了几千年的问题，最早记载此现象的是亚里斯多德，他写道：「先前被加热过的水，有助于它更快地结冰。因此当人们想去冷冻热水，他们会先放它在太阳下晒过．．．」而后培根，和笛卡儿等也介绍过这个现象。直至1969年，才由坦桑尼亚一间中学一个名叫 Mpemba 的学生引入现代科学。这个学生把很热的牛奶直接放到冰箱中，结果他的牛奶比先冷却后再放到冰箱中的牛奶更快的结了冰。当前对这个现象的解释有1. 蒸发说2溶解气体说3. 对流说等观点，但都不能令人信服。那么，热水比冷水会更快结冰的根本原因是什么呢？为了解决这个问题，我现在给大家介绍一个很有趣的相关实验。

现在拿两根完整的钢据条，分别将其一端压在一个箱体上，（比如洗衣机等，但最好压在鼓上）另一面悬空，这时，同时去拨拉钢据条。一个钢据条用全力去拉，另一个用半力去拉，然后将两个储备了不同弹性势能的钢据条突然同时放开，让其自由的震动，那么到最后，那一个钢据条会最先停止震动呢？很多人可能会说，当然用力小，而弹性势能小，震动幅度小的最先停止震动。而用力拉，弹性势能大，震动幅度大的最晚停止震动。但问题恰恰不是这样，它们停止震动的时间经常很难判断，更有甚者，在一些情况下，用力拉，弹性势能大的钢条竟会最先停止震动，为什么会这样呢？我们可以发现，当把压在鼓上的钢据条突然放开，而使其快速震动的时候，被压在鼓面一端的钢条会同时将前端钢条的震动传递给鼓，而使鼓发生强烈的共振。让鼓喔哦的响起来，弹性势能大的钢条引起的鼓鸣声非常大，而弹性势能小的钢条引起的鼓鸣声相对小的多。现在，我们就可以分析，弹性势能大的钢条因为引起的鼓鸣声非常大，而使鼓可以迅速的、更大比效，份效的，将大弹性势能钢条的能量、动量更大份量的传递出去，而使大弹性势能钢条的能量、动量以更快速度的衰减，之后也会使钢锯条更快速度的停止震动。反之，弹性势能小的钢条因为引起的鼓鸣声非常小，这使鼓传递钢条弹性势能的比效、份效很小，而使小弹性势能钢条的能量、动量传递衰减速度很慢，这就使小弹性势能钢条会更以更慢的速度停止震动。由上面的分析我们可以看出，钢条弹性势能的衰减速度与传递耗散的速度成正比，与原始弹性势能的量成反比。这样，当传递耗散的速度份效比不是等比量增减的时候，就会发生虽然钢条弹性势能大，但却会更快的将总能量耗尽而更快的停止震动的情况。以上的情况也可以用下图来说明：(11)

波的传播总伴随着能量的传输，机械波传输机械能，单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的能量称为波的能流密度，用来描述波的强度，能流密度与振幅的平方成正比。其中的关系可用以下函数关系来说明：W（T0）=W-（W；∕T）×T

但是，很多人可能会发现，这里面存在一个重要的问题，就是，大能量的钢据条在能量、动量衰减的过程中，总有个和小能量钢据条的能量、动量，并且震幅都完全相同的瞬间点，在那个瞬间点的时刻，是不是又会同小能量钢据条具备同样的起步条件了吗？前面的时间不就是多运行的时间吗？在冷水、热水的问题中，这也是个最不可让人理解的同点过程问题？现在问题的最大结点就在这里，包括水问题的最大结点也在这里！怎样解决这个问题呢？我们现在来看，由于鼓端震荡和钢条端震荡之间存在一个能量传播距离，这两个波动端点之间会形成波动程差，而造成波动时差震荡，而钢锯条存在震动的先发性，鼓的震动存在后发性，这使波在鼓和钢条之间往复震荡传播过程中，因后发性，由鼓外围空间大气震荡共振而使鼓产生的震动幅度，在同时点一定大于钢条的震动幅度，这样，在钢据条的能量、动量衰减并震幅衰减都正好达到节点的时候，鼓的震动幅度由于以上关系却一定在高于节点，这样，在鼓端高于节点的回波跨过节点，回传到钢锯条发动端的时候，马上又会加大钢据条的震动耗散幅度，这就使钢据条的耗散波幅迅速加高性夸过节点，而形成新的一定大于节点耗散的跨越性钢条耗散震幅，而形成再次震荡回波，这样，由于共震波的动荡往复传播关系，虽然存在节点问题，但大能量钢据条的耗散幅度量在跨过节点后，(到达小钢条的起始振幅)，其能量耗散频率份还是大于小能量钢据条的最大耗散点的，并且这个过程在跨越后，会一直持续节点性的再次和多次跨越性的保持下去。而使大能量钢锯条的衰减幅度，一直节点比较性的大于小钢锯条，而形成整体衰减高幅度的至始至终保持性，以完成大能量钢锯条比小能量钢锯条最先耗尽能量而停止震动的情况。这是由于回波的时差性，所引起的共振反跳引起的。(10)

 

①大钢条震动幅度衰减为低幅度时（和小刚条的起始平等幅度），左远端的箱震动却延时性还在高幅度。

②因为震动的传递关系，箱的高幅度震动正在回传给低幅度钢锯条的过程。

③箱高幅度震动最后完全返回传递给钢锯条（最右端），而使钢锯条重新出现高幅度震动，（大于小钢条的起始幅度）而形成跨节点性高震动幅度。

这个问题也可以说明，1鼓的体积要一定程度的大，以便可以制造回波的时差性共震反跳。2对钢条的拨动程度要有一定的要求，以便可以完美的形成共震，并完成这些过程。

我们在做实验的时候，会有个声音突然增高，震动最大的过程，这个过程对震动能量的消耗最巨大，并且只有在这个过程以后，才可能明显的出现大震动突然衰减更快的现象。

现在，再来看冷热水的问题，就容易解决了。放在冷环境中的水，实际上也可以是一个大的钢据条，冷水一定要通过周围的空气等、以波动或者共振波动的性质，来将热量传递出去，这样，一个冰箱的环境空气就与水形成了一个波动整体，这就成了钢据条和鼓的关系，水是钢条，冰箱里的空气是大鼓，冰箱冷却管是大鼓的周围空气，水的温度越高，其传播能量的速率就越大，水的温度越低，其传播能量的速率就越小，当高温水到达低温水节点的时候，由于冰箱范围空气的波动性传递回波时差问题，和水体积性的波体积问题，使高温水跨过节点后，又马上获得了一个回波共震波幅度增量，这使高温水跨过节点后，还是以大于低温水最大传递波幅的速率来继续性的耗散能量，当这个跨越性的节点波幅的增量总体速效一定大于低温水的总体速效的时候，总体时间里，高温水的总能量耗散超过低温水的一个合理数值的时候，那么，高温水就一定要快于地温水而先结冰了！！！这就是为什么热水比冷水会更快地结冰的基本原理！高温引起的整体耗散速率更大，和节点跨越增幅，是这个问题的决定性核心因素。

其可能和钢条存在的不同之处为：1整个液体的体积本身就会形成一套完整的脉动性能量交换体系，所以水的体积相对越大，形成能量交换速率差的程度就越大。产生节点跳越的程度和可能性也越大。2水里面的杂质曲路性越复杂，交换速率差和形成的的程度就越大。3不可以人为的制造能量交换屏蔽外层，就是说，尽量用传递热波动更好的材料来盛冷、热水。比如说铁杯一定会好于纸杯等条件。

以下为相关的一些说明

钢锯条试验，和水结冰试验我都亲自做过，并为此买了秒表，量杯等。
我做过很多次水冷冻实验，我用的水量很大，杯子是用的特大号搪瓷杯，热传道效果很好，我反复检验，发现水温差在15°--20°左右时，最接近成功，由于很难确定是不是完全结冰，我有一次砸开冰团，称量了余水，结果是基本等量，这是我最接近完成的一次，其他时候多是结透后，无法确定谁先完成完全结冰，另有很多次，都是基本上热水结冰更多一点。

但我做成功了很多次钢锯条振动实验，确实存在振幅度更大的钢锯条最先停止震动的情况，这个问题没有被讨论过，我认为他的原理和热水结冰原理是相通的我认为，热力学的本质也是物质运动的表现，钢锯条的震动衰减和高温水的降温过程，都是熵增的过程。都是将能量通过空气散发出去。其路径是相同的。
从内在来看，都是高振幅变化为低振幅，力学实际是一样的。所以可以类比。钢锯条是横波，而热水应该横波和纵波都存在。是可以比较的。姆潘巴现象为何难以重复？—— 动力学过程与外部影响因素
很多人武断地否认姆潘巴效应的存在，是因为其错误的物理直觉，认为热水也会降温到冷水所在的温度，因此无论如何不会比冷水先结冰。这种“物理直觉”是很多中学生水平的思维。因为姆潘巴效应并非是热力学现象，而是动力学现象。通俗地说，姆潘巴效应描述的，不是哪个选手离终点远，而是哪个选手跑的快。严格地讲，这里所谓“热力学”，是指热水比冷水包含的“热量”（分子动能）多，降到冰点要放出的热量多；这里的“动力学”，是指降温、结冰过程的快慢。只要学过大学物理化学，可以立即得出结论，冷水结冰未必比热水结冰快，即“热力学有利的过程未必一定动力学有利”。为什么呢？因为热力学是否有利是初始态和终了态的能量差决定的，而动力学过程是初始态和过渡态的之间的能垒控制的。物理化学上讲动力学，是为了计算速率常数，而速率常数，必然会讨论温度、压力等外部条件的影响。热水比冷水会更快地结冰的钢据条震动原理_百度文库

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