Które kształty kostek lodu topią się szybciej?

Szybkość topnienia kostek lodu, zwana także szybkością topnienia, zależy od kilku czynników. Wyższe temperatury otoczenia przyspieszają proces topienia. Wyczuwalne efekty daje kolor kostki i zastosowanie soli. Szybkość topnienia zmienia się również w zależności od kształtu kostki lodu.

Lód topi się, gdy cieplejsze medium, takie jak powietrze lub woda o temperaturze pokojowej, wchodzi w kontakt z jego powierzchnią. Z tego powodu lód topi się szybciej, gdy jego odsłonięta powierzchnia jest zmaksymalizowana. Dzięki temu kształty kostek lodu o większej powierzchni topią się szybciej.

Aby dokładnie określić, jakie kształty kostek lodu topią się szybciej, wszystkie kostki lodu w teście muszą mieć taką samą objętość. Jeśli jedna kostka lodu ma większą ilość lodu, to ze względu na dodaną masę topi się wolniej. Ponadto wszystkie kostki lodu muszą mieć tę samą temperaturę w momencie rozpoczęcia testu. Jeśli kostka lodu ma temperaturę znacznie poniżej temperatury zamarzania wody, topi się wolniej ze względu na czas, jaki upływa, zanim jej temperatura osiągnie temperaturę topnienia.

Załóżmy, że kostka lodu ma kształt sześcianu. Jeśli każdy bok kostki lodu mierzy trzy centymetry, to ma objętość 27 cm3 i powierzchnię 54 centymetrów kwadratowych. Załóżmy, że inna kostka lodu ma kształt okrągłego cylindra. Jeśli ma również objętość 27 cm3, a jego średnica w przybliżeniu odpowiada jego wysokości, ma powierzchnię około 50 centymetrów kwadratowych. Kulista kostka lodu o tej samej objętości ma powierzchnię około 43,5 centymetra kwadratowego. Dlatego sześcienna kostka lodu topi się szybciej niż którykolwiek z pozostałych dwóch kształtów, ponieważ ma największą powierzchnię.

Jeśli zrobisz cylindryczną kostkę lodu, która jest wyższa i cieńsza, zachowując objętość 27 cm3, jej powierzchnia wzrośnie. Jeśli zmniejszysz szerokość i wysokość sześciennej kostki lodu, tak aby stała się strukturą przypominającą pudełko, znaną jako prostokątny równoległościan, jej powierzchnia również się zwiększy. Im bardziej zwiększa się powierzchnia, tym szybciej kostka lodu topi się, pod warunkiem, że objętość pozostaje niezmieniona. W miarę wydłużania się równoległościanu i okrągłego cylindra ich wartości pola powierzchni stopniowo zbliżają się do siebie. Teoretycznie najszybciej topiąca się kostka lodu ma kształt równoległościanu o wysokości jednej cząsteczki wody i szerokość jednej cząsteczki wody, podczas gdy jej długość składa się ze wszystkich cząsteczek wody nawleczonych w linii prostej. Jednocześnie ta teoretyczna kostka lodu również ma kształt niezwykle długiego okrągłego cylindra o średnicy jednej cząsteczki wody.