Đá lạnh kêu lách tách khi thả vào cốc nước chủ yếu vì sốc nhiệt: lớp ngoài viên đá ấm lên rất nhanh và giãn nở, trong khi lõi vẫn còn lạnh sâu, ứng suất giữa hai lớp làm đá nứt, và mỗi vết nứt phát ra một tiếng tách nhỏ. Đá lấy từ ngăn đông có thể lạnh khoảng âm 18 độ C, thả vào cốc trà ở nhiệt độ phòng là chênh lệch hơn 40 độ chỉ trong tích tắc.
Ngoài ra, đá đông trong tủ thường nhốt nhiều bọt khí li ti. Khi đá tan, bọt khí thoát ra cũng tạo những tiếng lép bép nhỏ. Với đá sông băng, nơi bọt khí bị nén dưới áp suất rất cao qua hàng nghìn năm, tiếng nổ còn to và rõ hơn. Cùng nguyên lý sốc nhiệt giải thích luôn vì sao cốc thuỷ tinh dày có lúc nứt khi rót nước sôi vào.
Sốc nhiệt: khi lớp ngoài và lõi "kéo co"
Hầu hết vật liệu giãn ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi, và nước đá ở dưới 0 độ C cũng vậy. Viên đá vừa lấy khỏi ngăn đông có nhiệt độ gần như đều nhau từ ngoài vào trong. Khi thả vào nước ấm, lớp ngoài cùng hấp thụ nhiệt ngay, nóng lên hướng về 0 độ C và giãn ra. Lõi thì chưa kịp nhận nhiệt, vẫn giữ kích thước cũ.
Kết quả là lớp ngoài muốn nở ra nhưng bị lõi giữ lại, còn lõi bị lớp ngoài kéo căng. Nước đá chịu nén khá tốt nhưng chịu kéo kém, giống như thuỷ tinh hay gạch. Khi lực kéo bên trong vượt quá sức bền, vết nứt xuất hiện, thường bắt đầu từ những chỗ yếu như bọt khí, tạp chất hoặc ranh giới giữa các tinh thể đá. Vết nứt lan đi cực nhanh, giải phóng năng lượng thành dao động, truyền qua nước và thành cốc tới tai bạn thành tiếng tách.
Quá trình này thường xảy ra trong vài giây đầu tiên sau khi đá chạm nước, đúng lúc chênh lệch nhiệt độ giữa ngoài và trong lớn nhất. Sau đó, nhiệt độ trong viên đá đều dần, ứng suất giảm, tiếng nứt thưa đi. Nếu nhìn kỹ, bạn sẽ thấy những đường rạn trắng như mạng nhện bên trong viên đá vừa thả vào cốc, dù viên đá vẫn còn nguyên khối.
Đá để ngoài vài phút trước khi dùng, đã ấm lên gần 0 độ C và có lớp nước mỏng bên ngoài, thường không kêu nữa. Đó là lý do đá trong thùng đá ở quán, vốn đã nằm sẵn ở nhiệt độ gần tan, thả vào cốc ít khi nứt lách tách như đá vừa lấy khỏi ngăn đông gia đình.
Điều gì làm đá kêu to hơn hoặc nhỏ hơn
Không phải viên đá nào cũng kêu như nhau. Các yếu tố chính:
| Yếu tố | Ảnh hưởng | Vì sao |
|---|---|---|
| Đá càng lạnh (ngăn đông để mức lạnh sâu) | Kêu nhiều hơn | Chênh lệch nhiệt độ với đồ uống lớn hơn, ứng suất mạnh hơn |
| Đồ uống càng ấm | Kêu nhiều hơn | Lớp ngoài nóng lên nhanh hơn |
| Đá đục nhiều bọt khí | Dễ nứt, có tiếng lép bép | Bọt khí là điểm yếu cho vết nứt bắt đầu, và giải phóng khí khi tan |
| Đá trong suốt, ít bọt | Ít nứt hơn | Khối tinh thể đồng đều, ít điểm yếu |
| Viên đá to | Thường nứt rõ | Chênh lệch giữa lớp ngoài và lõi kéo dài hơn |
| Đá đã để ra ngoài vài phút | Hầu như không kêu | Nhiệt độ đã gần 0 độ C, đều từ ngoài vào trong |
Rót rượu mạnh để ở nhiệt độ phòng lên đá cũng nghe tiếng nứt rõ, và nguyên lý vẫn là chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng và viên đá. Nước có ga thì thêm phần tiếng xèo do bọt CO₂ bám lên bề mặt nhám của đá rồi thoát ra.
Vì sao đá tủ lạnh nhà mình thường đục ở giữa
Nước đông từ ngoài vào trong. Trong khay đá, nước tiếp xúc với không khí lạnh ở mặt trên và thành khay trước, nên đông thành lớp vỏ ngoài trước. Phần nước còn lỏng bị dồn dần vào giữa.
Khí và khoáng chất bị đẩy vào lõi. Khi nước kết tinh, tinh thể đá có xu hướng loại bỏ khí hoà tan và các chất khoáng ra ngoài mạng tinh thể. Chúng bị đẩy vào phần nước còn lại ở giữa, đến khi phần đó cũng đông thì bị nhốt lại thành vùng đục trắng, đầy bọt li ti.
Vùng đục cũng là vùng yếu. Chính lõi đục là nơi tập trung điểm yếu và ứng suất cuối cùng khi đông đá, nên đá tủ lạnh hay nứt từ giữa khi thả vào nước.
Cách làm đá trong ở nhà. Nguyên tắc là cho nước đông theo một hướng: đặt khay hoặc hộp nước trong một thùng giữ nhiệt nhỏ không nắp, để nước đông từ trên xuống, khí và khoáng bị đẩy dần xuống đáy. Lấy ra trước khi phần đáy đông hết, cắt bỏ phần đục. Đun sôi nước trước khi làm đá giúp bớt một phần khí, nhưng tự nó thường không đủ để đá trong hoàn toàn, vì yếu tố chính là hướng đông.
Đá cây, đá viên công nghiệp trong hơn vì sao. Máy làm đá công nghiệp thường cho nước chảy liên tục qua bề mặt lạnh, hoặc sục khí để khuấy, giúp khí và tạp chất không bị nhốt lại. Đá trong không có nghĩa là sạch hơn về vi sinh; độ sạch phụ thuộc nguồn nước và quy trình bảo quản.
Đá sông băng: tiếng nổ của không khí hàng nghìn năm
Ở các vùng cực và núi cao, tuyết rơi tích tụ qua nhiều năm, bị lớp tuyết bên trên nén chặt dần thành băng. Không khí giữa các bông tuyết bị nhốt lại thành bọt khí, và khi lớp băng ngày càng dày, áp suất trong các bọt khí đó tăng lên cao hơn áp suất khí quyển nhiều lần. Các nhà khoa học khoan lấy lõi băng ở Nam Cực và Greenland để phân tích chính những bọt khí này, vì chúng lưu giữ mẫu không khí của hàng trăm nghìn năm trước.
Khi một mảng băng như thế rơi xuống biển hoặc được thả vào cốc nước, lớp băng tan dần đến khi vách quanh bọt khí quá mỏng, bọt khí nén vỡ ra với tiếng nổ lép bép khá to. Các nhà hải dương học dùng micro dưới nước còn ghi nhận được âm thanh rì rào liên tục của băng tan ở các vịnh có sông băng, đôi khi gọi vui là "nước có ga của tảng băng".
Đá tủ lạnh nhà mình cũng có bọt khí, nhưng ở áp suất bình thường, nên tiếng phát ra nhỏ và chủ yếu đến từ các vết nứt do sốc nhiệt. Còn đá sông băng thì kêu vì cả hai lý do cộng lại.
Cùng nguyên lý: cốc thuỷ tinh nứt khi rót nước sôi
Thuỷ tinh dày nứt vì chênh lệch giữa mặt trong và mặt ngoài. Rót nước sôi vào cốc thuỷ tinh thường, mặt trong nóng lên và giãn nở ngay, mặt ngoài còn nguội. Thuỷ tinh dẫn nhiệt kém nên chênh lệch kéo dài, ứng suất có thể làm cốc nứt. Cốc càng dày, chênh lệch càng lớn.
Thuỷ tinh chịu nhiệt khác ở đâu. Thuỷ tinh borosilicate, loại hay dùng cho dụng cụ phòng thí nghiệm và một số đồ bếp chịu nhiệt, giãn nở vì nhiệt ít hơn nhiều so với thuỷ tinh thường, nên chịu sốc nhiệt tốt hơn. Dù vậy, không loại thuỷ tinh nào miễn nhiễm hoàn toàn với sốc nhiệt quá mạnh.
Mẹo an toàn trong bếp. Tráng cốc bằng nước ấm trước khi rót nước sôi, đặt thìa kim loại trong cốc lúc rót để thìa hút bớt nhiệt, không đặt nồi thuỷ tinh đang nóng lên mặt đá lạnh hoặc mặt ướt, không đổ nước lạnh vào nồi, chảo đang rất nóng.
Ngay cả đá tảng cũng nứt vì nhiệt. Ở sa mạc, chênh lệch nhiệt độ ngày đêm lớn làm đá nứt dần theo từng lớp. Ở vùng lạnh, nước thấm vào khe đá rồi đông lại, nở ra và làm vỡ đá. Đây là những cách tự nhiên bào mòn núi đá qua thời gian dài.
Hiểu nhầm hay gặp
"Đá kêu lách tách là đá có hoá chất hoặc đá bẩn." Tiếng nứt đến từ chênh lệch nhiệt độ và bọt khí, không phải do hoá chất. Đá sạch hay bẩn phải đánh giá qua nguồn nước, cách sản xuất và bảo quản, không thể đoán qua tiếng kêu.
"Nước nóng đông đá nhanh hơn nước lạnh." Đây là hiệu ứng Mpemba, đặt theo tên một học sinh Tanzania mô tả hiện tượng này vào những năm 1960. Một số thí nghiệm ghi nhận nó trong điều kiện đặc biệt, nhiều thí nghiệm khác cẩn thận hơn lại không lặp lại được. Đến nay giới khoa học vẫn tranh luận hiện tượng có thật và phổ biến hay không, nên đừng coi đây là mẹo làm đá nhanh.
"Tiếng lách tách là đá đang tan rất nhanh." Tiếng nứt chủ yếu xảy ra trong vài giây đầu, khi đá còn lạnh sâu và chưa tan bao nhiêu. Lúc đá tan nhiều nhất, khi đã ở khoảng 0 độ C, thì nó lại im lặng. Tiếng kêu là dấu hiệu viên đá đang chịu ứng suất, không phải thước đo tốc độ tan.
"Đá nứt là đá kém chất lượng." Đá nứt vẫn làm lạnh đồ uống bình thường. Đá nhiều vết nứt có diện tích tiếp xúc lớn hơn nên có thể tan nhanh hơn chút, làm loãng đồ uống nhanh hơn, nhưng không ảnh hưởng gì đến an toàn.
Câu hỏi thường gặp
Viên đá nứt trong cốc có thể bắn mảnh ra ngoài không?
Hiếm khi. Phần lớn vết nứt nằm bên trong viên đá và nước xung quanh giữ các mảnh lại. Với đá cực lạnh, như đá khô hoặc đá vừa lấy từ tủ đông công nghiệp, mảnh nhỏ có thể văng nhẹ, nên không để trẻ nhỏ ghé sát mặt vào cốc.
Vì sao đá lạnh lấy từ ngăn đông dính vào tay, vào lưỡi?
Đá ở nhiệt độ rất thấp làm lớp ẩm mỏng trên da đông cứng ngay lập tức, gắn da với bề mặt đá. Đừng giật mạnh, chờ đá ấm lên chút hoặc rưới nước ấm vào. Không cho trẻ liếm đá vừa lấy khỏi ngăn đông.
Đá viên to hay đá bào làm lạnh nước nhanh hơn?
Đá bào và đá nhỏ có tổng diện tích bề mặt lớn nên làm lạnh nhanh hơn nhưng cũng tan nhanh, làm loãng đồ uống. Đá viên to làm lạnh chậm hơn nhưng giữ lâu, thường được dùng khi muốn đồ uống không bị nhạt nhanh.
Thả đá vào cốc thuỷ tinh mỏng có làm cốc nứt không?
Rất hiếm. Đá lạnh làm thuỷ tinh co lại ở chỗ tiếp xúc, nhưng chênh lệch nhiệt độ giữa đá và cốc ở nhiệt độ phòng thường nhỏ hơn nhiều so với rót nước sôi vào cốc. Cốc đã có vết nứt sẵn thì dễ vỡ hơn trong mọi trường hợp.
Vì sao đá trong tủ đông để lâu bị nhỏ đi?
Đá trong tủ đông có thể thăng hoa, tức là chuyển thẳng từ thể rắn thành hơi mà không tan, nhất là trong tủ có quạt gió khô. Sau vài tuần, viên đá co lại, góc cạnh tròn đi. Đậy kín khay đá giúp giảm hiện tượng này và tránh đá ám mùi thức ăn.