Ludzkość od wieków zastanawia się nad pozornie prostym pytaniem: dlaczego lód jest taki śliski? Od olimpijczyków ślizgających się po zamarzniętych torach po codzienne upadki na chodnikach – zjawisko to jest powszechne, ale naukowo tajemnicze. Pomimo długotrwałych spekulacji ostateczna odpowiedź pozostawała nieuchwytna – aż do niedawna.
Ustalone teorie
Naukowcy tradycyjnie proponują trzy główne wyjaśnienia. Pierwsza, pochodząca z XIX wieku, sugeruje, że nacisk przedmiotu (takiego jak łyżwy) topi lód, tworząc smarującą warstwę wody. Jednak tej teorii nie da się utrzymać: ludzie nie ważą wystarczająco dużo, aby wytworzyć ciśnienie wystarczające do znacznego stopienia. Druga hipoteza wskazuje na tarcie: tarcie pomiędzy powierzchnią a lodem generuje ciepło, powodując lokalne topnienie. Chociaż wyjaśnia to przesuwanie po rozpoczęciu ruchu, nie wyjaśnia to początkowej łatwości przesuwania. Trzecia teoria zakłada, że na powierzchni lodu znajduje się wstępnie stopiona warstwa wody, wynikająca z różnic strukturalnych pomiędzy wodą stałą i ciekłą. Ale nawet to wyjaśnienie nie może w pełni wyjaśnić ekstremalnej śliskości.
Rola zużycia energii i dumy narodowej
Próba zrozumienia śliskości lodu to nie tylko kwestia akademicka. Holenderscy naukowcy, kierując się chęcią utrzymania pozycji lidera swojego kraju w łyżwiarstwie szybkim, widzą praktyczne zastosowania. Poza sportem kompleksowe zrozumienie tarcia lodu może mieć konsekwencje globalne. Tarcie odpowiada za około 25% światowego zużycia energii, co oznacza, że odkrycie tajemnic niskiego tarcia lodu może prowadzić do znacznych oszczędności energii w różnych gałęziach przemysłu.
Nowe spojrzenie: warstwy amorficzne i zaburzenia molekularne
Ostatnie badania sugerują, że odpowiedź może leżeć w strukturze samej powierzchni lodu. Zamiast polegać wyłącznie na topnieniu, naukowcy wysuwają obecnie teorię, że działanie, powiedzmy, stąpanie po lodzie niszczy jego krystaliczną strukturę, tworząc „warstwę amorficzną” – nieuporządkowany stan pomiędzy ciałem stałym a cieczą. Warstwa ta nie jest całkowicie stopionym lodem, ale chaotycznym układem cząsteczek zapewniającym minimalny opór ruchu.
Teoria ta, opublikowana w czasopiśmie Physical Review Letters, sugeruje, że nawet w ekstremalnie niskich temperaturach ustawione kryształki lodu mogą szybko ulec nieuporządkowaniu pod ciśnieniem, powodując śliskość. Rozbicie struktury krystalicznej ułatwia ruch molekularny, zmniejszając tarcie.
Dlaczego to jest ważne
Od ponad stulecia naukowcy debatują nad śliskością lodu. Ostatnie badania pokazują, że prawda nie leży w jednym wyjaśnieniu, ale w kombinacji czynników. Ważną rolę odgrywają ciśnienie, tarcie i zaburzenia strukturalne. Odkrycie może otworzyć drogę do innowacji w zakresie zmniejszania tarcia w różnych gałęziach przemysłu, od transportu po produkcję. Być może zagadka lodu zostanie wreszcie rozwiązana, co przyniesie realne korzyści daleko poza lodowiskiem.
