Oamenii de știință au rezolvat un mister vechi de secole: de ce este gheața alunecoasă

Presiunea pe gheață, căldura generată prin frecare și stratul lichid

O echipă germană propune o nouă teorie, bazată pe un efect observat anterior la diamante. Această descoperire ar putea fi un pas important în înțelegerea fenomenului, relatează publicația Der Standard.

În secolul al XIX-lea, inginerul britanic James Thomson a propus teoria conform căreia presiunea exercitată de talpa pantofului pe suprafața gheții determină topirea acesteia, făcând-o alunecoasă. Această idee părea logică, deoarece presiunea poate genera căldură. Fratele său, William Thomson, cunoscut ca Lord Kelvin, a confirmat experimental că presiunea influențează punctul de topire al gheții.

Cu toate acestea, în anii 1930, cercetătorii Frank P. Bowden și T. P. Hughes de la Universitatea Cambridge au demonstrat că teoria nu explică alunecarea schiurilor. Presiunea exercitată pe zăpadă este mult prea mică pentru a produce efectul dorit.

Bowden și Hughes au propus o altă teorie: stratul alunecos de apă se formează din cauza frecării dintre cristalele de gheață și schiuri. Observațiile lor arătau că materialele cu conductivitate termică ridicată, cum ar fi metalul, alunecă mai greu decât cele care izolează căldura. Acest lucru pare logic, deoarece materialele care disipă rapid căldura nu permit topirea gheții.

Această explicație rămâne larg răspândită până în zilele noastre, dar există îndoieli puternice în privința ei.

„Problema este că gheața devine alunecoasă imediat, nu doar după ce frecarea începe să o topească”, a precizat fizicianul Daniel Bonn de la Universitatea din Amsterdam, citat de Quanta Magazine.

O altă teorie sugerează că suprafața gheții este deja acoperită de un strat subțire de apă lichidă. Această idee datează din observațiile fizicianului Michael Faraday, care a remarcat cum două cuburi de gheață care se ating se topesc și se unesc. Faraday a presupus că gheața solidă este acoperită de un strat lichid. Astăzi, se știe că acest strat lichid există, dar nu explică complet de ce gheața este alunecoasă.

Explicații noi și legătura cu diamantele

Simulările computerizate realizate de fizicianul Luis MacDowell de la Universitatea din Madrid sugerează că toate cele trei efecte – presiunea, frecarea și stratul lichid – contribuie simultan la alunecare.

„Toate cele trei efecte controversate acționează în același timp, în proporții diferite”, afirmă MacDowell.

Recent, o echipă de cercetători de la Universitatea Saarland din Germania a publicat un studiu în Physical Review Letters, contestând toate cele trei teorii anterioare. Ei au demonstrat că presiunea și frecarea nu sunt suficiente pentru a explica alunecarea gheții, mai ales la temperaturi extrem de scăzute, unde stratul lichid nu există.

Acești cercetători propun o nouă explicație, inspirată de un efect observat la diamante. În 2011, un studiu a arătat că frecarea dintre diamante produce un strat de atomi liberi, care au proprietăți atât solide, cât și lichide.

Echipa germană sugerează că un efect similar apare la gheață: moleculele de apă sunt mecanic desprinse, formând un strat alunecos.

„Pentru alunecare, nu este responsabilă topirea propriu-zisă a gheții, ci mai degrabă îndepărtarea mecanică a moleculelor de apă”, explică cercetătorii. Acest mecanism ar putea explica de ce gheața rămâne alunecoasă chiar și la temperaturi foarte scăzute.

Dezbateri în comunitatea științifică după noile descoperiri

Descoperirea este considerată un progres, deși nu toți cercetătorii sunt pe deplin convinși. Luis MacDowell consideră că efectul este relevant doar la viteze mari de alunecare. Daniel Bonn, citat de Quanta Magazine, este mai optimist, afirmând că a observat acest fenomen încă din 2021.

Totuși, echipa germană susține că efectele sunt similare, dar distincte. După mai bine de 150 de ani de cercetări, misterul gheții alunecoase pare să fie aproape elucidat, deși rămân încă întrebări deschise.

Abonați-vă la ȘTIRILE ZILEI pentru a fi la curent cu cele mai noi informații.

ABONEAZĂ-TE