Dlaczego lód jest tak nieprzyjemnie śliski?

Przez ostatnie dziesięciolecia w szkołach uczono nas prostego wyjaśnienia – lód staje się śliski z powodu nacisku buta lub tarcia, które powodują topnienie. Kiedy wkraczamy na oblodzony chodnik w zimie i tracimy równowagę, winny miał być cienki film wody, który powstaje pod wpływem naszego ciężaru. Ale najnowsze badania pokazują, że to wytłumaczenie jest błędne.

Od tarcia do dipoli: rewolucja w zrozumieniu lodu

Zespół naukowców z Uniwersytetu Saarlandów udowodnił, że to nie nacisk i tarcie, ale oddziaływania dipoli molekularnych są odpowiedzialne za śliskość lodu. Profesor Martin Müser, główny autor badania opublikowanego w "Physical Review Letters", wyjaśnia: "Ani nacisk, ani tarcie nie odgrywają istotnej roli w tworzeniu cienkiej warstwy cieczy na lodzie."

Czym są dipole?

Dipole to cząsteczki z częściowo dodatnim i ujemnym ładunkiem, co nadaje im biegunowość. Woda, jako dipol, przyciąga elektrony mocniej niż atomy wodoru, co prowadzi do powstawania stabilnej struktury lodu w niskich temperaturach.

Jak buty wpływają na lód?

Kiedy stawiamy stopę na lodzie, to nie ciśnienie buta jest kluczowe, lecz oddziaływanie dipoli w podeszwie z dipolami w lodzie. Ta interakcja destabilizuje uporządkowaną sieć kryształową, powodując, że cząsteczki stają się chaotyczne, a lód przekształca się w cienką warstwę cieczy.

Frustracja dipoli

Fizyków interesuje to zjawisko, nazywając je "frustracją" dipoli. "W trzech wymiarach te oddziaływania dipol-dipol są 'sfrustrowane’ – wyjaśnia profesor Müser. Oznacza to, że siły te nie mogą osiągnąć idealnego uporządkowania, prowadząc do destrukcji gładkiej sieci krystalicznej z cennymi konsekwencjami dla śliskości.

Mit o niskich temperaturach obalony

Nowe badania podważają nie tylko stare szkolne teorie, ale także mit, że w ekstremalnie niskich temperaturach (poniżej -40 stopni Celsjusza) narty nie mogą się ślizgać, ponieważ nie tworzy się cienka warstwa cieczy. "Oddziaływania dipoli są obecne nawet przy ekstremalnie niskich temperaturach. Ciekły film nadal tworzy się na granicy lodu i narty, nawet blisko zera absolutnego" – dodaje główny autor badań.

Nowe spojrzenie na codzienne sytuacje

Dla osoby, która z zimową porą złamała rękę na oblodzonym chodniku, niewiele zmienia fakt, czy winne były dipole, nacisk czy tarcie. Ból pozostaje ten sam. Jednak z punktu widzenia nauki, to fundamentalne odkrycie ujawnia, że nawet tak zwyczajne zjawiska, jak poślizgnięcie się, mogą skrywać złożoną grę sił molekularnych.