น้ำแข็งรูปร่างไหนละลายเร็วกว่ากัน?

อัตราที่ก้อนน้ำแข็งละลาย หรือที่เรียกว่าอัตราการหลอมเหลว ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ อุณหภูมิแวดล้อมที่สูงขึ้นทำให้กระบวนการหลอมละลายเร็วขึ้น สีของลูกบาศก์และการใช้เกลือมีผลที่เห็นได้ชัดเจน อัตราการหลอมละลายยังแตกต่างกันไปตามรูปร่างของก้อนน้ำแข็ง

น้ำแข็งละลายเมื่อตัวกลางที่อุ่นกว่า เช่น อากาศหรือน้ำที่อุณหภูมิห้อง สัมผัสกับพื้นผิว ด้วยเหตุผลนี้ น้ำแข็งจะละลายเร็วขึ้นเมื่อขยายพื้นที่ผิวสัมผัสให้ใหญ่สุด น้ำแข็งรูปร่างที่มีพื้นที่ผิวมากขึ้นจะละลายเร็วขึ้น

เพื่อที่จะระบุได้อย่างแม่นยำว่ารูปร่างของก้อนน้ำแข็งใดละลายเร็วขึ้น ก้อนน้ำแข็งทั้งหมดในการทดสอบจะต้องมีปริมาตรเท่ากัน หากก้อนน้ำแข็งก้อนหนึ่งมีปริมาณน้ำแข็งมากกว่า น้ำแข็งจะละลายช้าลงเนื่องจากมวลที่เพิ่มเข้ามา นอกจากนี้ ก้อนน้ำแข็งทั้งหมดต้องมีอุณหภูมิเท่ากันเมื่อเริ่มการทดสอบ หากก้อนน้ำแข็งมีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำมาก มันจะละลายช้าลงเนื่องจากเวลาที่ผ่านไปก่อนที่อุณหภูมิจะถึงจุดหลอมเหลว

สมมุติว่าก้อนน้ำแข็งมีรูปร่างเป็นลูกบาศก์ ถ้าน้ำแข็งแต่ละด้านมีขนาด 3 เซนติเมตร แสดงว่ามีปริมาตร 27 ซีซี และพื้นที่ผิว 54 ตารางเซนติเมตร สมมติว่าน้ำแข็งก้อนอื่นมีรูปร่างเป็นทรงกระบอกกลม ถ้าปริมาตร 27 ซีซีด้วย และถ้าเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับความสูง ก็มีพื้นที่ผิวประมาณ 50 ตารางเซนติเมตร ก้อนน้ำแข็งทรงกลมที่มีปริมาตรเท่ากันมีพื้นที่ผิวประมาณ 43.5 ตารางเซนติเมตร ดังนั้นก้อนน้ำแข็งลูกบาศก์จึงละลายเร็วกว่ารูปร่างอื่นอีกสองรูปร่าง เนื่องจากมีพื้นที่ผิวมากที่สุด

หากคุณสร้างก้อนน้ำแข็งทรงกระบอกที่สูงและบางลงโดยที่ยังคงปริมาตร 27 ซีซีไว้ พื้นที่ผิวของก้อนน้ำแข็งจะเพิ่มขึ้น หากคุณลดความกว้างและความสูงของก้อนน้ำแข็งลูกบาศก์ลงจนกลายเป็นโครงสร้างคล้ายกล่องที่เรียกว่าสี่เหลี่ยมด้านขนาน พื้นที่ผิวของลูกบาศก์ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ยิ่งพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้น ก้อนน้ำแข็งก็จะละลายเร็วขึ้น โดยที่ปริมาตรยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ขณะที่รูปสี่เหลี่ยมด้านขนานและทรงกระบอกทรงกลมยาวขึ้น ค่าพื้นที่ผิวจะค่อยๆ ใกล้เคียงกัน ในทางทฤษฎี น้ำแข็งที่ละลายได้เร็วที่สุดจะมีรูปทรงสี่เหลี่ยมด้านขนานที่มีความสูงของโมเลกุลน้ำหนึ่งโมเลกุล และความกว้างของโมเลกุลน้ำหนึ่งโมเลกุล ในขณะที่ความยาวประกอบด้วยโมเลกุลของน้ำทั้งหมดที่พันเป็นเส้นตรง ในเวลาเดียวกัน ก้อนน้ำแข็งตามทฤษฎีนี้ยังมีรูปร่างเป็นทรงกระบอกกลมที่ยาวมากซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลน้ำหนึ่งโมเลกุล