Ответ:

Ощущение зависит от того, как меняется температура кожи, а не только от температуры воды. Вода промежуточной температуры теплее руки, охлаждённой в холодной воде, поэтому та получает тепло. Для руки, нагретой в тёплой воде, эта же вода холоднее, поэтому рука отдаёт тепло и ощущает холод.