冷凍庫で水を回すと凍らないのか？その科学的な理由とは

冷凍庫に水を入れたペットボトルを置くと、時間が経つにつれて水が凍ります。しかし、もしそのペットボトルを冷凍庫の中でブン回した場合、果たして水は凍らないのでしょうか？この記事では、物理的な観点からこの現象を解説します。

1. 水が凍るメカニズム

水が凍るためには、温度が0度以下になる必要があります。しかし、ただ冷やすだけでは水は必ずしも凍るわけではなく、水の表面で結晶が形成される必要があります。水の分子が一定の配置で並ぶことで氷の結晶が成長します。この過程は「核形成」と呼ばれ、外部の力や不純物によって促進されます。

冷凍庫内で水が凍る際、この核形成が重要な役割を果たします。不純物が少ない場合、純粋な水では凍りにくいこともあります。これを「過冷却状態」と呼びます。過冷却状態では、水の温度が0度を下回っても凍らないことがあるのです。

ペットボトルを冷凍庫の中で回すと、どうして水が凍らないのかというと、回転によって水分子が常に動き続け、核形成を妨げるためです。水が安定して静止している状態でないと、氷の結晶が成長するための「きっかけ」が得られにくくなります。

回転によって水分子が常に動いていると、結晶が成長するための核が形成されにくく、過冷却状態を維持しやすくなります。このため、回している間は水が凍りにくくなることがあるのです。

過冷却状態とは、物質が凍るべき温度を下回っても凍らない現象を指します。過冷却された水は、温度が0度を下回っても氷の結晶ができないことがあります。冷凍庫内で回すことで過冷却状態が維持され、凍らない現象が起きるのです。

しかし、過冷却状態の水は非常に不安定で、少しの衝撃で一気に凍り出すことがあります。この現象は「過冷却水の突発的凍結」として知られています。

もし、この現象を実際に試したいのであれば、冷凍庫にペットボトルの水を入れ、数時間後に慎重に取り出して回してみてください。過冷却状態の水が突然凍る瞬間を観察することができるかもしれません。

また、ペットボトルを軽く振ったり、軽く衝撃を与えることで、過冷却状態から急速に凍り始めることもあります。この実験を通じて、過冷却の概念と水の凍るメカニズムを理解することができます。

冷凍庫で水を回すと、過冷却状態を維持しやすくなるため、通常の凍結プロセスが妨げられ、凍りにくくなります。しかし、過冷却状態の水は非常に不安定であり、ほんの少しの衝撃や刺激で一気に凍り始めることがあります。冷凍庫内での水を回す実験は、科学的に非常に面白い現象を観察することができる実験です。