Физики 200 лет распространяли чушь о причинах скольжения на льду — теперь-то всё стало ясно
В течение почти 200 лет преобладающим объяснением скольжения на льду было то, что трение или давление от коньков, ботинок или шин расплавляло его тончайший верхний слой, создавая на поверхности смазку в виде микроскопической плёнки. Новое исследование, проведенное в Саарландском университете (Германия), отбросило эту давнюю идею. Лёд скользкий вовсе по другой причине и это открытие будет иметь последствия.
Источник изображения: AG Müser
Настоящая причина скольжения на льду заключается в электрических полях, генерируемых молекулярными диполями в зоне контакта со льдом. Когда что-то соприкасается со льдом, частичные заряды его собственных молекул взаимодействуют с высокоупорядоченным расположением диполей молекул воды в кристалле льда. Это электростатическое взаимодействие как бы разрыхляет самый верхний слой кристаллической решётки льда, превращая его в тонкую и неупорядоченную квазижидкую (аморфную) плёнку. Ранее эффект «разжижения» физики объясняли нагреванием от давления на лёд или от трения.
Что также оказалось важным — этот механизм «самосмазывания» работает даже при температурах, приближающихся к абсолютному нулю, когда тепловая энергия практически отсутствует и традиционные теории плавления льда под давлением или нагревом от трения в принципе не могут служить объяснением феномена смачивания контактных поверхностей. В таких экстремальных условиях лёд остаётся скользким просто потому, что молекулы на его поверхности уязвимы к воздействию со стороны статического электричества от контактной поверхности.
Сделанное открытие в корне меняет наше понимание одного из самых привычных явлений природы. Помимо разрешения многовековых споров на тему скольжения на льду, открытие имеет практическую ценность. Оно позволит создавать более качественные зимние шины и в принципе нескользящие покрытия, которые действительно будут работать на льду по всем законам физики, а также поможет разработать превосходно скользящие изделия — коньки, лыжи и материалы для работы в криогенных средах.
