Изследователи в Германия оспориха 200-годишна хипотеза и разкриха, че налягането и триенето не са причината за хлъзгавостта на леда, противно на това, което отдавна се преподава в часовете по физика по целия свят.

Водени от д-р Мартин Мюзер, професор по симулация на материали в Университета в Саарланд, екипът от физици откри, че молекулярните диполи са истинската причина, поради която хората, животните и дори машините губят равновесие на леда.

Според докладите, това откритие оборва парадигмата, установена преди почти два века от популярния британски математик Джеймс Томпсън, брат на лорд Келвин, който по това време предложи, че налягането и триенето допринасят за топенето на леда, наред с температурата.

„Оказва се, че нито налягането, нито триенето играят особено значителна роля в образуването на тънкия течен слой върху леда“, заявява Мюзер.

Мюзер и неговите колеги, д-р Ахраф Атила, учен в областта на изчислителните материали, и д-р Сергей Сухомлинов, постдокторант по физика в университета, подчертаха, че от поколения наред общоприетото обяснение за това защо ледът става хлъзгав се фокусира върху налягането и триенето. Те добавиха, че отдавна се смята, че на заледените зимни тротоари комбинацията от телесното тегло и топлината на подметките на обувките генерира достатъчно налягане, за да разтопи повърхността, което в крайна сметка води до подхлъзване и падане. Според най-новите им изследвания обаче, всъщност взаимодействието между молекулярните диполи в леда и тези в контактната повърхност, като подметката на обувката, нарушава структурата на леда и го прави хлъзгав.

За да оспори дългогодишното убеждение, екипът използва усъвършенствани компютърни симулации, които разкриха, че молекулярните диполи, които възникват поради неравномерното разпределение на електрони между атомите в молекулата, са основните фактори за образуването на този хлъзгав слой. Според учените молекулярният дипол възниква, когато молекулата има частично положителни и частично отрицателни заряди, което придава на молекулата обща полярност, насочена в определена посока. Екипът разгледа по-отблизо как се образува ледът, за да разбере феномена. Под точката на замръзване водните молекули се организират в твърда кристална решетка, подреждайки се в строго подредена структура, която придава на леда неговата твърда и структурирана форма.

Когато човек стъпи върху повърхността на леда, не налягането или триенето го правят хлъзгав, а взаимодействието между молекулярните диполи в подметката на обувката и тези в леда. Този контакт незабавно нарушава добре подредената кристална структура, правейки я нестабилна и хлъзгава.

„В три измерения тези взаимодействия между диполи стават „фрустрирани””, обяснява Мюзер, позовавайки се на физична концепция, при който конкуриращи сили пречат на стабилната, подредена структура.

На микроскопично ниво, това напрежение в контакта между леда и обувката нарушава кристалната решетка, превръщайки я в хаотична, аморфна и в крайна сметка течна. Освен това, като опровергава теорията на Томпсън, екипът разкри и друга широко разпространена погрешна представа.

„Досега се смяташе, че карането на ски при температури под -40 градуса Целзий е невъзможно, защото е просто прекалено студено, за да се образува тънък смазващ течен филм под ските“, обяснява Мюзер. „Оказва се, че и това е невярно.“

Той посочва, че диполните взаимодействия продължават дори при изключително ниски температури. Забележително е, че между леда и ските все още се образува течен филм, дори и при температури близки до абсолютната нула. При такива температури филмът става по-гъст от мед, трудно разпознаваем като вода и твърде вискозен за каране на ски. Въпреки това, той все още съществува.

Снимка: Unsplash

Виж още: Телесната ви топлина може да бъде естествената батерия за бъдещите смарт часовници и пръстени