Загальноприйняте пояснення того, чому лід слизький, виявилося помилковим, а справжня причина криється у складній квантовій поведінці молекул. Вчені з Німеччини довели, що ні тиск, ні тертя не є головними факторами цього явища, запропонувавши нову революційну теорію.
Лід – одна з найзагадковіших речовин на планеті. Попри його буденність, він приховує безліч фізичних таємниць: наприклад, Американське хімічне товариство очікує існування від 20 до майже 75 тисяч різних форм льоду (до речі, 21-шу форму, лід XXI, відкрили лише на початку цього року). Однак нове дослідження ставить під сумнів навіть те, що ми знали про звичайний лід, який ми бачимо взимку.
Звична історія
Протягом століть у підручниках писали одне й те саме: тиск ковзана або підошви на лід змушує його танути, створюючи тонку плівку води, яка і забезпечує ковзання. Інша популярна версія звинувачувала тертя, яке нібито нагріває поверхню до утворення вологи.
Проте ці теорії мають суттєві прогалини. Як зазначили науковці у статті для The Conversation, це не пояснює, чому лід залишається слизьким за температур, набагато нижчих від точки замерзання. Наприклад, щоб розтопити лід при -20°C, знадобився б тиск, у 500 разів більший, ніж створює звичайний ковзан.
Команді дослідників із Саарландського університету в Німеччині вдалося знайти відповідь, яка перевертає уявлення про фізику поверхонь.
«Досі вважалося, що катання на лижах при температурі нижче -40 градусів за Цельсієм неможливе, бо це занадто холодно для утворення рідкої змащувальної плівки під лижами. Виявилося, що це теж невірно», – заявив Мартін Мюзер, один з авторів дослідження.
Глибша фізика
Результати, опубліковані в авторитетному журналі Physical Review Letters, свідчать про те, що ключову роль відіграють молекулярні диполі. Диполі виникають, коли різні частини молекули мають частковий позитивний і негативний заряди.
У твердому стані молекули води шикуються в чітку кристалічну решітку. Однак комп'ютерне моделювання показало, що коли сторонній об'єкт (наприклад, підошва черевика) торкається поверхні льоду, його матеріал порушує орієнтацію диполів у верхньому шарі льоду.
«У трьох вимірах ці диполь-дипольні взаємодії стають "розчарованими"», – пояснює Мюзер.
Такий молекулярний безлад змушує структуру льоду руйнуватися і переходити у рідкий стан, створюючи слизьку поверхню. Найцікавіше те, що цей ефект зберігається навіть при температурах, близьких до абсолютного нуля. Щоправда, за таких екстремальних умов утворена плівка буде набагато в'язкішою за мед, що навряд чи дозволить комфортно кататися на ковзанах, але сам фізичний принцип залишається незмінним.
Також рекомендуємо прочитати:
Вчені виявили новий вид птерозавра в скам’янілому блювотинні хижака
