UnBooks:かき回すことで熱い液体の冷めるスピードが早くなる理由

出典: へっぽこ実験ウィキ『八百科事典(アンサイクロペディア)』
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みそ汁スープなどの食べ物、コーヒー紅茶などの飲み物が熱すぎて飲食できない時、それをかき回すという行為で冷まそうとする。我々はごく日常的にこの行為をしているが、誰もその原理を発見したあるいは真面目に論じた学者は一度として現れたことがない。科学とは身近なことに対する好奇心から生まれるものであるから、未来の子供たちのためにも、この研究を行った次第である。何故かき回すことで温度が下がるのか、その理由を科学的観点から見つけ出そう。


かき混ぜる・かき回すの定義[編集]

まず、科学的考察をする前に「かき混ぜる」「かき回す」という行動自体を定義しなければならない。まず、「かき混ぜる」という行為は「かき」と「混ぜる」を合わせた言葉である。「かき」は「かく」の五段動詞活用で、連用形である。つまり、「かき」は「混ぜる」を連用している。「かく」とは、「水をかく」とあるように液体物を動かす場合に使う言葉であることから、対象物は液体でなければならない。「混ぜる」とは、秩序あるものが無秩序になる、つまりエントロピーを増大させる行為であると定義することができる。また、「かき回す」という言葉も「かき混ぜる」と同義なので、「回す」は「混ぜる」と捉えることができる。

要約すると、「かき混ぜる」「かき回す」行為は「液体物を動かし(対流を起こし、)、かつエントロピーを増大させる行為」と定義できる。

かき混ぜることで起きる現象[編集]

まず、かき混ぜたら一体何が起こるのかを考察する。

  1. 箸、もしくはスプーンが熱い液体の中に入る。
    これは任意的なことなので当然である。
  2. かき混ぜることで液体の回転運動が生じる。
    かき混ぜ方が下手だと、表面が波立つ。
  3. 気泡が液体の中に入る。
    空気は液体より密度が低いので、放っておけば浮上する。
  4. 液体が混ざる。
    コーヒーや紅茶にミルクを入れてかき混ぜると、両者が混ざるのは周知の事実である。
  5. かき混ぜることによって何らかの現象が発生する。
    何が発生するのかはお察し下さい

これだけの行程の中で、液体の冷ます要素を探す。

冷ます要素1[編集]

前節1.で「箸、もしくはスプーンが熱い液体の中に入る」とあるが、空気に触れられていた箸やスプーンはもちろん熱い液体より温度が低い。このことから、箸やスプーンの表面に触れた熱い液体が冷めるという事象が導き出せる。なぜだろうか。分子を女の子と考えて議論を進めていこう。熱いコーヒーはいわばディスコでとち狂ったように踊る女子だと思えばいい。そして、スプーンは冷めたガリ勉の女の子だ。そして、もしスプーンをコーヒーに入れるとどうなるか。激しく腰を振って踊る女子は、ガリ勉に向って「一緒に踊らない?」とさそう。ガリ勉はもちろん最初は拒否するが、もちろん勉強するより、踊った方が楽しいに決まっている。最終的にはあんなにガリ勉だった女の子の...純潔が奪われるのだ。だが、踊る女の子もガリ勉の姿を見ると、自分のしている姿がばからしくなり、踊り熱も少し冷める。周りにいた人も、激しく腰を振って踊る女子の熱が冷めるのを見て自分も冷めてしまい、その上ガリ勉の女の子の純潔が無くなったのを見て、その女子に寄せた自分の愛も冷めてしまう。もっとも現実世界においてその事が起こるのは皆無に近い。

冷ます要素2[編集]

前節2.で「かき混ぜることで液体の回転運動が生じる」とある。スプーンの運動エネルギーは液体に回転運動を起こしている。熱エネルギーは分子の運動エネルギーの総和であることから、本来は温度が上がるはずで、温度の上がった液体分子は沸騰温度に近づくことを意味する。つまり、論理的にはかき混ぜると水がどんどん沸騰し、ついに残るのはコーヒーの残りかすだけ。つまり、コーヒーはかき混ぜない方が良いのであると推測できる。表面が波立つというのも、同じ現象である。しかし現実ではかき混ぜると冷めるのは事実である。よくよく考えてみると、回転運動が生じると回転の中心が凹み、それは水面の表面面積が増えることを意味している。表面面積が増えると空気に触れる面積も増大し、液体より冷たい空気が触れるので液体が冷める要因となる。それが本来コーヒーの温度が上がるのを打ち消しているのだ。他にもまだ理由があるか検討する。

冷ます要素3[編集]

前節3.で「気泡が液体の中に入る」とあるが、その行為は液体を冷ます要素が二つある。まず一つ目として、気泡は液体より冷たい。その気泡が液体を冷ます役割として働いている。次に二つ目は、気泡が上昇することで液体の熱い部分と冷たい部分が混ざり、液体の温度が均一化される。これも、液体の温度を冷ます一因となっている。

だが、かき混ぜるだけで、気泡が発生するのだろうか。科学的にこの実験を行うとなれば、きちんと気泡が液体の中に入っていると証明してから実験を行わなければならない。だが、コーヒーなど対象となる液体は、色が付いており(科学的には正しくないが、著者の語彙が足りなかった)、気泡を見るのは実質確認できる手立ては上から泡が発生しているのを見れば良い。

それを可視できるくらいの泡を発生するのは当然コーヒーが飛び散るくらい強い衝撃を加えなければならない。つまり、あなたがコーヒーを飲む前にあなたのナプキンとそして、あなたの服装もコーヒーのしみがついてしまう。その飛び散ったコーヒーがあなたの目に入り、最悪の場合失明する可能性がある。なお、コーヒーはカフェインが含まれており、目に入ったとすれば眼球がカフェインで刺激され、その刺激が突然変異を起こす。つまり、目がゲゲゲの鬼太郎の目玉おやじのように進化する可能性があるので、この実験を行うのは望ましくない。

冷ます要素4[編集]

まだまだ液体が冷める要因がある。前節4.で述べた「液体が混ざる」現象は、液体の温度が均一的になる。「冷ます要素1」で例示したように、冷たいコーヒーが熱いコーヒーを冷まさせるのである。その威力は気泡と比べものにならず、冷まさせることに一番貢献している。しかし、この作用はあまりにも強力すぎて、かき混ぜている本人にも影響を及ぼし、自分までもが冷たい人間になってしまうので、適度にかき混ぜる必要がある。

冷ます要素5[編集]

前節5.にある「何らかの現象」というのも、きっと液体を冷ます要素が含まれているだろう。それは一体何なのか。何らかの現象とは、今まで挙げた理由以外の現象だ。コーヒーの周りには常に何らかの現象が発生している。コーヒーをかき混ぜるとき風は吹いたか磁場に揺らぎが生じたか?もしかしたら、コーヒーは宇宙人が飲んでいるかもしれない。だが、忘れてはいけない。観察者が実験に影響を与えているかもしれないのだ。もし、観察者があさっての方向に向いたとき、もしかしたらコーヒーは瞬間移動して観察者の目の前にいないのかもしれない。観察者のいない間、コーヒーは瞬間凍結しているかもしれない。

何らかの現象はあげればきりがない。もし、何らかの現象を知りたいなら、君が酔狂な科学者になってもらって、暇なときにその「何らかの現象」を見つけてほしい。

まとめ[編集]

結果、かき混ぜる行為一つひとつに液体を冷ます要素があることが分かった。かき混ぜる行為というものは一見見落とされがちだが、今まで述べてきたように、多くの冷ます要因があるのだ。また、を入れて冷まそうとすると味が薄くなって品位が落ちてしまい、「吹く」という行動も液体を冷ます時に使われるが、それは冷めるのに時間がかかる。即ち、かき混ぜるという行為は人間がたどり着いた、液体を冷ます最後の体系なのである。他にも冷ます要素をあなたが発見したならば、遠慮せずにここへ書き込んで欲しい

だが、液体が冷めるということは、液体の温度が固体に近づいているという意味に他ならない。固体とは、原子が結合して秩序が保たれている。これはつまり、エントロピーが減少している行為に他ならない。これは最初に定義した「かき混ぜる」と明らかに矛盾している。

しかし、総和としてはエントロピーは増大しており(エントロピー増大則)、「かき混ぜる」定義には矛盾していないと主張する人もいるが、「かき混ぜる」は液体物に係っていることから、この反論はむしろ却下されるべきだ。

要するに、エントロピーについて実際はどうなっているのか分からないということだ。

なおここで注意するが、盛り上がった熱い場面でこのかき回す行為をすると、気づかれた時に「何やっているの……?」とつっこまれるか場をかき回すだけで、逆に自分が冷めてしまうので決してしないように。

関連項目[編集]