Eeuwenlang hebben mensen zich verbaasd over een ogenschijnlijk eenvoudige vraag: waarom is ijs glad? Van Olympische atleten die over bevroren wegen glijden tot dagelijkse uitglijders op trottoirs: het fenomeen wordt universeel ervaren, maar is wetenschappelijk ongrijpbaar. Ondanks lang gekoesterde aannames bleef een definitief antwoord – tot voor kort – buiten bereik.
De al lang bestaande theorieën
Wetenschappers hebben traditioneel drie belangrijke verklaringen voorgesteld. De eerste, die dateert uit de 19e eeuw, suggereert dat de druk van een voorwerp (zoals een schaatsblad) het ijs doet smelten, waardoor een smerende waterlaag ontstaat. Deze theorie schiet echter tekort; mensen wegen niet genoeg om voldoende druk te genereren voor aanzienlijk smelten. De tweede hypothese wijst op wrijvingsopwarming: wrijving tussen het oppervlak en het ijs genereert warmte, waardoor plaatselijk smelten ontstaat. Hoewel dit de gladheid verklaart nadat de beweging begint, houdt dit geen rekening met het aanvankelijke gemak van glijden. De derde theorie veronderstelt een voorgesmolten waterlaag op het ijsoppervlak als gevolg van structurele verschillen tussen vast en vloeibaar water. Maar zelfs deze verklaring heeft moeite om de waargenomen extreme gladheid volledig te verklaren.
De rol van energieverbruik en nationale trots
De zoektocht om de gladheid van ijs te begrijpen is niet puur academisch. Nederlandse wetenschappers, gedreven door de wens om de dominantie van hun land op het gebied van schaatsen te behouden, zien praktische toepassingen. Naast sport zou een alomvattend begrip van ijswrijving mondiale implicaties kunnen hebben. Wrijving is verantwoordelijk voor grofweg 25% van het energieverbruik in de wereld, wat betekent dat het ontrafelen van de geheimen van de lage wrijving van ijs zou kunnen leiden tot aanzienlijke energiebesparingen in verschillende industrieën.
Een nieuw perspectief: amorfe lagen en moleculaire ontwrichting
Recent onderzoek suggereert dat het antwoord mogelijk in de oppervlaktestructuur van het ijs zelf ligt. In plaats van uitsluitend te vertrouwen op het smelten, stellen wetenschappers nu voor dat het stappen op ijs de kristallijne structuur ervan verstoort, waardoor een ‘amorfe laag’ ontstaat – een wanordelijke toestand tussen vast en vloeibaar. Deze laag bestaat niet uit volledig gesmolten water, maar uit een chaotische opstelling van moleculen die minimale weerstand tegen beweging biedt.
Deze theorie, gepubliceerd in Physical Review Letters, suggereert dat zelfs bij extreem lage temperaturen verkeerd uitgelijnde ijskristallen onder druk snel in de war kunnen raken, waardoor gladheid ontstaat. De afbraak van de kristallijne structuur zorgt voor gemakkelijkere moleculaire beweging, waardoor wrijving wordt verminderd.
Waarom dit belangrijk is
Al meer dan een eeuw debatteren wetenschappers over de gladheid van ijs. Uit het laatste onderzoek blijkt dat de waarheid niet uit één enkele verklaring bestaat, maar uit een combinatie van factoren. Druk, wrijving en structurele ontwrichting spelen allemaal een rol. Deze ontdekking zou innovaties kunnen ontsluiten op het gebied van wrijvingsreductie in alle sectoren, van transport tot productie. Het mysterie van ijs zou eindelijk kunnen worden opgelost, wat voordelen in de echte wereld belooft die veel verder gaan dan de ijsbaan.
