Почему лед скользкий: физики бросили вызов многовековым предположениям
Ученые из Саарландского университета установили, что гладкий и скользкий лед обязан своим свойствами не давлению и трению, как предполагалось ранее, а особому взаимодействию молекулярных диполей льда и контактной поверхности, например, подошвы обуви. Это открытие оспаривает представление, которое существовало около двух столетий благодаря брату лорда Кельвина, Джеймсу Томпсону, считавшему, что лед плавится под воздействием температуры, давления и трения, пишет Phys.org.
По словам руководителя исследования, профессора Мартина Мюзера, сила давления и эффект трения не оказывают значительного влияния на формирование тонкого слоя жидкости на поверхности льда. Вместо этого ключевую роль играют молекулярные диполи, которые вызывают изменения структуры поверхностного слоя льда. Молекула воды обладает положительным и отрицательным полюсами, создающими электрический дипольный момент. Эти моменты влияют на состояние верхнего слоя льда при контакте с поверхностью обуви, нарушая строгую организацию молекул в твердой фазе и превращая ее в менее упорядоченный, жидкообразный слой.
Таким образом, когда подошва вступает в контакт со льдом, его верхние слои теряют свою структурированную форму не из-за сильного физического давления или активного трения, а из-за взаимодействия электрических полей, возникающих между молекулами льда и материала подошвы. Выводы ученых ставят точку в долголетнем заблуждении и дают новую перспективу понимания процессов, происходящих на микроуровне при взаимодействии льда с различными поверхностями.
Исследование не только опровергает почти 200-летние устоявшиеся представления, но и развенчивает еще одно заблуждение. «До сих пор считалось, что катание на лыжах при температуре ниже −40 °C невозможно, потому что под лыжами просто слишком холодно, чтобы образовалась тонкая смазывающая пленка. Оказывается, и это неверно», — объясняет профессор Мюзер.
По словам эксперта, даже при сверхнизких температурах дипольное взаимодействие сохраняется и на границе между льдом и лыжами продолжает формироваться тонкий слой жидкости. Хотя он настолько густой, что напоминает скорее тягучий мед, нежели привычную воду. Катание на лыжах по такому покрытию представляло бы серьезные трудности, но сам факт существования подобного водного слоя подтверждает исключительную устойчивость дипольных взаимодействий и открывает новые горизонты для изучения свойств льда и процесса образования скользких покрытий.
Ранее ученые наблюдали переворот атомного ядра в реальном времени.
