Еврика! След два века разкриха защо ледът е хлъзгав

Сензационно откритие от Университета в Саарланд променя представите за един от най-познатите зимни феномени – защо ледът е хлъзгав.

В продължение на два века учени и преподаватели по физика по целия свят обясняваха хлъзгавостта на леда чрез налягане и триене. Според класическата теория, предложена от британския математик Джеймс Томпсън – брат на лорд Келвин – тежестта на човешкото тяло и топлината на обувките предизвикват локално топене на повърхността, което създава тънък воден слой и води до подхлъзване.

Днес германски физици, водени от проф. д-р Мартин Мюзер, професор по симулация на материали в Университета в Саарланд, категорично опровергават тази парадигма. В съвместна работа с д-р Ахраф Атила и д-р Сергей Сухомлинов те доказват, че истинската причина за хлъзгавостта на леда не е механичното налягане или триенето, а взаимодействието между молекулярните диполи.

Екипът използва усъвършенствани компютърни симулации, за да проследи поведението на водните молекули под точката на замръзване. В нормални условия те се подреждат в твърда кристална решетка, която придава на леда неговата твърдост. Когато обаче върху повърхността стъпи човек или попадне предмет, диполните взаимодействия между молекулите на леда и тези на контактната повърхност нарушават подредената структура.

"Оказва се, че нито налягането, нито триенето играят особено значителна роля в образуването на тънкия течен слой върху леда“, подчертава проф. Мюзер. Според него именно диполните сили – конкуриращи се електрически заряди в молекулите – предизвикват „фрустрация“ в кристалната решетка, превръщайки я в хаотична и нестабилна. На микроскопично ниво това води до образуване на аморфен, течен слой, който прави леда хлъзгав.

Откритието не само опровергава теорията на Томпсън, но и поставя под въпрос други широко разпространени вярвания. Дълго време се смяташе, че карането на ски при температури под -40 °C е невъзможно, защото не може да се образува смазващ воден филм. Новите симулации показват, че диполните взаимодействия продължават дори при екстремно ниски температури.

"Между леда и ските все още се образува течен филм, дори и при температури близки до абсолютната нула“, обяснява Мюзер. При тези условия филмът е толкова вискозен, че прилича на мед и не позволява нормално плъзгане, но фактът, че съществува, е доказателство за универсалността на диполните сили.

Откритието на германските учени променя начина, по който разбираме едно от най-ежедневните явления – подхлъзването върху лед. То има значение не само за физиката, но и за инженерните науки, спортната индустрия и безопасността през зимата. Новото знание може да доведе до разработване на по-ефективни материали за обувки, гуми и спортно оборудване, които да намалят риска от падания и инциденти.

С две думи: германските учени доказаха, че хлъзгавостта на леда е резултат от молекулярни взаимодействия, а не от налягане и триене – откритие, което пренаписва учебниците по физика и отваря нови хоризонти пред науката.