Téměř dvě století vědci věřili, že led se stává kluzkým, protože tlak nebo tření roztaví jeho povrch. Tuto myšlenku převrátí nový výzkum ze Saarlandské univerzity.
Po více než století bylo studentům po celém světě řečeno, že tlak a tření se roztaví led. Známý zimní skluz na zmrazeném chodníku je často obviňován z tělesné hmotnosti protlačující se podrážkou (stále teplé) boty. Nový výzkum ze Saarlandské univerzity naznačuje, že tento pohled je neúplný a zjistí, že kluznost pramení z interakcí mezi molekulárními dipóly v ledu a těmi na kontaktním povrchu, jako je podrážka boty, spíše než z tlaku nebo tření.
Studie profesora Müsera a kolegů Achraf Atily a Sergeje Sukhomlinov zpochybňuje model předložený před téměř dvěma stovkami let bratrem lorda Kelvina, Jamese Thompsona, který navrhl, aby tlak a tření spolu s teplotou způsobily roztavení ledu.
„Ukazuje se, že ani tlak ani tření nehraje zvlášť významnou roli při vytváření tenké kapalné vrstvy na ledu,“ vysvětluje Martin Müser. Místo toho počítačové simulace týmu odhalují, že molekulární dipóly jsou klíčovými ovladači za tvorbou této kluzké vrstvy, což tak často způsobuje, že v zimě ztratíme postavení.
Fyzika dipólů
Ale co přesně je dipól? Molekulární dipól vzniká, když molekula má oblasti částečného pozitivního a částečného negativního náboje, což dává molekule celkovou polaritu, která ukazuje specifickým směrem.
Abychom lépe porozuměli tomu, co se děje, pomáhá vědět, jak je strukturován led. Pod nulovými stupni CelsiaMolekuly vody (H₂O) se uspořádají do vysoce uspořádané krystalové mřížky, ve které jsou molekuly úhledně úhledně zarovnány a vytvářejí pevnou krystalickou strukturu.
Když někdo vstoupí na tuto řádnou strukturu, není to výsledný tlak nebo tření boty, které narušuje horní vrstvu molekul, ale orientace dipólů v podrážce boty interagují s těmi v ledu. Dříve dobře uspořádaná struktura se náhle stane narušená.
„Ve třech dimenzích se tyto interakce dipólových dipólů stanou„ frustrovanými “,“ říká Müser s odkazem na koncept ve fyzice, kde konkurenční síly brání systému v plně uspořádané stabilní konfiguraci.
Na mikroskopické úrovni narušují síly mezi dipóly v ledu a silami v podrážce boty řádný krystalická struktura na rozhraní mezi ledem a botou, což způsobuje, že se led stal narušeným, amorfním a nakonec tekutým.
Přehodnocení fyziky chladného počasí
Kromě převrácení téměř 200 let přijatých znalostí, výzkum týmu také odhaluje další mylnou představu. „Až dosud se předpokládalo, že lyžování pod –40 ° C je nemožné, protože je prostě příliš chladné, aby se ten tenký mazací tekutý film vytvořil pod lyžemi. To se také ukáže,“ vysvětluje profesor Müser.
„Dipólové interakce přetrvávají při extrémně nízkých teplotách. Pozoruhodně se na rozhraní mezi ledem a lyžařskými lyžami stále vytváří kapalný film – dokonce i poblíž Absolutní nula“Říká Müser. Avšak při takových nízkých teplotách je film viskózní než med. Sotva bychom ho rozpoznali jako vodu a lyžování by na něm bylo prakticky nemožné – ale film přesto existuje.
Pro někoho, kdo ošetřuje zranění, protože v zimě sklouzli a padli v zimě, je stěží na tom, zda je na vině tlak, Frictio, N nebo dipóly. Ale pro fyziku je rozdíl zásadní. Důsledky tohoto objevu výzkumného týmu Saarland se stále rozvíjejí a vědecká komunita si toho všimne.
Reference: „Studené sebezmolení posuvného ledu“ Achrafem Atilou, Sergey V. Sukhomlinov a Martin H. Müser, 7. srpna 2025, Fyzikální kontrolní dopisy.
Dva: 10.1103/1PLJ-7p4z
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
