Ученые опровергли общепринятую теорию о скольжении на льду, предложив новое объяснение, основанное на молекулярных взаимодействиях. Эта новаторская работа, проведенная исследователями из Саарландского университета под руководством профессора Мартина Мюзера, оспаривает вековую гипотезу, согласно которой скользкая поверхность льда образуется из-за таяния под давлением и трением.
В течение более ста лет господствовала теория, предложенная Джеймсом Томпсоном в XIX веке. Она утверждала, что давление, оказываемое, например, коньком или подошвой, понижает точку замерзания льда, вызывая его таяние. Дополнительное тепло от трения также считалось причиной образования тонкой водяной пленки, которая и обеспечивает скольжение.
Новое исследование, проведенное командой Мюзера, с помощью компьютерного моделирования показало, что дело обстоит совершенно иначе. Основная причина кроется не в макроскопических силах, а в молекулярных диполях.
Молекула воды является диполем, так как ее атомы кислорода и водорода создают области с частичным отрицательным и положительным зарядами соответственно. В кристаллической структуре льда эти диполи расположены в строго упорядоченном порядке.
Вам может быть интересно:
• Граждан призвали снять наличные с карт
• Заявлено об исчезновении сразу восьми профессий
• Названо количество переводов, из-за которых заблокируют карту
• Путин заявил о существовавшей возможности раскола России
Когда со льдом соприкасается предмет, например, обувь, ее молекулы, которые также являются диполями, вступают в сильное электростатическое взаимодействие с молекулами льда. Эти силы притяжения и отталкивания нарушают идеальный порядок на поверхности льда.
Профессор Мюзер называет этот эффект «фрустрированными» взаимодействиями, когда конкурирующие силы мешают молекулам на поверхности льда оставаться в стабильной, упорядоченной структуре.
В результате верхний слой льда теряет свою кристаллическую структуру и становится неупорядоченным — превращается в жидкую, скользкую пленку. Это объясняет, почему лед скользкий, даже если давление или трение минимальны.
Это открытие также развенчало распространенное заблуждение о катании на лыжах в условиях сильного мороза. Ранее считалось, что при температуре ниже минус 40 градусов катание становится невозможным, поскольку предполагалось, что водяная пленка, необходимая для смазки, перестает образовываться.
Исследование команды Мюзера доказывает, что дипольные взаимодействия работают даже при экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю. Жидкая пленка все равно образуется, но ее свойства кардинально меняются. При таких низких температурах она становится очень вязкой, почти как мед, и не может выполнять роль эффективной смазки.
Таким образом, проблема заключается не в отсутствии воды, а в изменении ее физических характеристик, что значительно затрудняет скольжение.
