Koniec z teorią ciśnienia i tarcia. Prawda jest zupełnie inna
Zespół pod kierownictwem prof. Martina Müsera z Uniwersytetu Kraju Saary przeprowadził badania, które całkowicie zmieniają nasze rozumienie tego zjawiska. Wykorzystując zaawansowane symulacje komputerowe, naukowcy dotarli do molekularnych przyczyn śliskości.
Okazuje się, że ani ciśnienie, ani tarcie nie odgrywają szczególnie znaczącej roli w tworzeniu cienkiej warstwy cieczy na lodzie – wyjaśnia Müser
Prawdziwym mechanizmem odpowiedzialnym za śliskość są interakcje między dipolami molekularnymi w lodzie a tymi na powierzchni kontaktowej. To fundamentalne odkrycie zostało opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters. Dipol molekularny to cząsteczka z obszarami częściowego ładunku dodatniego i ujemnego. W przypadku lodu te interakcje przybierają szczególnie ciekawą formę. Fizycy określają je mianem “sfrustrowanych”. To właśnie te “sfrustrowane” interakcje zakłócają regularną strukturę lodu i powodują jego upłynnienie poprzez proces zwany zimną amorfizacją napędzaną przemieszczeniem. Brzmi skomplikowanie, ale w praktyce wyjaśnia, dlaczego lód jest śliski nawet w bardzo niskich temperaturach.
Czytaj też: Wulkaniczne tornado na Hawajach. Spektakularny widok
Niemieccy badacze postawili na najnowocześniejsze symulacje molekularne, które pozwoliły im obserwować zjawiska na poziomie pojedynczych cząsteczek. Wyniki okazały się zaskakujące nawet dla nich samych. Warstwa cieczy tworzy się na lodzie nawet w temperaturach bliskich zera absolutnego, choć przy takich warunkach jest niezwykle lepka – gęstsza niż miód. To odkrycie ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia zmian fazowych na granicy ciała stałego i cieczy.
Zaskakujący wpływ na przyszłość sportów zimowych
Jedno z ciekawszych odkryć dotyczy możliwości uprawiania sportów zimowych w ekstremalnych warunkach. Dotychczas sądzono, że jazda na nartach poniżej -40 stopni Celsjusza jest niemożliwa z powodu braku warstwy smarnej. Interakcje dipolowe utrzymują się nawet w ekstremalnie niskich temperaturach, co teoretycznie umożliwia jazdę na nartach nawet w pobliżu zera absolutnego. Choć przy takich temperaturach warstwa smarna jest bardzo lepka i znacznie utrudnia ślizg, nie uniemożliwia go całkowicie. Badanie wykazało również, że niskie tarcie lodu wymaga spełnienia dodatkowych warunków – woda musi ślizgać się po hydrofobowej powierzchni lub być wytwarzana w nadmiernej ilości przez ekstremalne prędkości.
Czytaj też: Co roku powstają tutaj gigantyczne kolumny lodu. Ta naturalna jaskinia lawowa powstała niemal 1200 lat temu
To odkrycie nie tylko obala dwuwiekową teorię, ale otwiera nowe możliwości dla inżynierów projektujących sprzęt sportowy i systemy transportu w ekstremalnych warunkach. Zrozumienie prawdziwych mechanizmów śliskości lodu może prowadzić do opracowania lepszych materiałów i technologii. Pomimo dystansu do najnowszych doniesień, nie da się ukryć, że sugerują, jakobyśmy stali przed prawdziwą zmianą paradygmatu w fizyce materii skondensowanej. Ciekawe, ile innych “oczywistych” teorii czeka jeszcze na podobne przewartościowanie? Nauka wciąż potrafi zaskakiwać, pokazując, że nawet najbardziej ugruntowane przekonania mogą okazać się błędne.