Ново изследване разбулва мистерията около пързалянето по леда

Хлъзгавината на леда обикновено се приписва на тънкия слой течна вода, образувана чрез триене, който позволява например на един хокеист да се пързаля върху него. Свойствата на този воден слой обаче доскоро пораждаха доста въпроси – неговата  дебелина оставаше до голяма степен неизвестна,  останалите му характеристики също не бяха докрай изяснени. Още повече, че водата в течното й състояние е слаба смазка, как тогава този тънък слой успява да направи леда хлъзгав?

За да разрешат този парадокс, изследователи от Лабораторията по физика към ENS с подкрепата на Лабораторията по хидродинамика LadHyX във Франция разработиха устройство с диапазон подобен на използвания в музиката, който им позволи с удивителна прецизност да  „прослушат“ онези сили, които движат този процес. Въпреки своя миниатюрен размер от порядъка на няколко сантиметра, устройството е с  такава чувствителност, че позволява да се изследват характеристиките на леда в нанометричната скала. Резултатите от проучването на френските учени бяха публикувани в Physical Review X на 4 ноември 2019 г.

Благодарение на уникалното устройство, учените за пръв път демонстрираха по категоричен начин, че триенето генерира слоя течна вода върху леда. Оказа се обаче, че той крие няколко изненади – измерената му дебелина е от няколкостотин нанометра до един микрон, т.е. равнява се на една стотна от дебелината на човешки косъм, с други думи слоят е много по-тънък, отколкото се предполагаше до момента въз основа на теоретичните оценки. И още по-неочаквано – този слой далеч не е „обикновена вода“: тук водата е с много висок вискозитет подобно на олио, което предполага, че повърхностният лед не се трансформира напълно в течна вода, а се намира в смесено състояние. Мистерията на плъзгането по леда се крие именно в „лепкавия“ характер на този воден слой.

Резултатите от изследването показват, че теоретичните описания, използвани досега за обяснение на процеса на триенето върху леда, трябва да бъдат изцяло преразгледани. Необичайните свойства на разтопената вода са ключов параметър, който никога досега не е бил отчитан. Новите данни ще имат значение не само при практикуването на зимните спортове, но също така вероятно ще доведат до иновативни решения за увеличаване на триенето върху леда, за да се избегне подхлъзване по заледените пътища.

Бележки:


РЕКЛАМА:

***

Nanorheology of interfacial water during ice gliding. L. Canale, J. Comtet, A. Niguès, C. Cohen, C. Clanet, A. Siria, L.Bocquet. Physical Review X, 4 novembre 2019. DOI : 10.1103/PhysRevX.9.041025

 

Превод: Елена Страхилова

Източник: CNRS


Европейска нощ на учените 2022 г.: