Зимовий період може суттєво ускладнити життя через ожеледицю. Багато з нас не раз падали на слизьких тротуарах, але чому це саме так відбувається, пояснити досить складно.
Згідно з інформацією з earth.com, протягом багатьох років у шкільних матеріалах розповідалася версія, яка ніколи не була ґрунтовно перевірена експериментально. Але нове дослідження пропонує альтернативне, більш правдоподібне пояснення.
Дослідження, очолюване професором Мартіном Мюзером з Саарландського університету (Німеччина) та опубліковане в журналі Physical Review Letters, спростовує теорію про “танення” верхнього шару льоду під впливом інших об’єктів.
Традиційне пояснення слизькості льоду
Протягом багатьох років школярі вчили, що лід стає слизьким через те, що підошва черевиків чи леза ковзанів під тиском і тертям промочують дуже тонкий верхній шар льоду, утворюючи водяний плівку.
Проте при екстремально низьких температурах це пояснення абсолютно не працює. Експериментально не вдалося виявити навіть незначне підвищення температури поверхні льоду від інтенсивного ковзання.
Альтернативне пояснення слизькості льоду
Нове дослідження зосереджується на диполях — мікроскопічному розподілі позитивних і негативних зарядів в кожній молекулі води. У замерзлій воді ці диполі формують кристалічну решітку, наділяючи поверхню льоду специфічною електричною орієнтацією.
Коли ковзани або підошви взуття контактують з льодом, заряджені ділянки їх матеріалів взаємодіють з поверхневими молекулами води, що призводить до зміни їхньої орієнтації.
З використанням методу комп’ютерного моделювання автори дослідження детально вивчили рух атомів і молекул на поверхні льоду під час взаємодії з різними об’єктами.
Моделювання показало, що в таких умовах верхній шар кристалічної структури льоду розпадається, перетворюючись на невпорядковану масу крижаних часток, схожу на рідину. У процесі ковзання ці невпорядковані області поширюються по межі контакту, створюючи слизький прошарок, навіть за найнижчих температур.
При цьому лід не тане в звичному сенсі, а зазнає аморфізації — переходу з впорядкованої кристалічної решітки у невпорядкований матеріал.
Симуляції також продемонстрували, що різні матеріали по-різному реагують на лід при дуже низьких температурах.
Гладкі та гідрофобні поверхні, зокрема деякі види пластику, дозволяють невпорядкованому шару легше ковзати по них. У свою чергу, матеріали, які більшою мірою притягують молекули води, утримують цей шар, підвищуючи тертя, оскільки плівка не може вільно переміщатися.
