На протяжении веков ученые пытались объяснить загадочное явление скольжения по льду. Традиционные теории утверждали, что причина кроется в воздействии давления и трения, приводящих к образованию тонкой пленки жидкости на поверхности льда. Однако новое исследование, проведенное учеными из Саарландского университета, показало, что эта гипотеза ошибочна.
Новое понимание механизма скольжения
Руководитель исследования, профессор Мартин Мюзер, утверждает, что давление и трение не являются основными факторами формирования жидкостного слоя на поверхности льда. Вместо этого решающую роль играет взаимодействие молекулярных диполей льда и контактной поверхности, такой как подошва обуви.
Молекулы воды обладают электрическим дипольным моментом, обусловленным наличием положительного и отрицательного полюсов. Когда подошва соприкасается со льдом, электрические поля, создаваемые этими диполями, нарушают структуру верхних слоев льда, вызывая образование жидко-подобного слоя. Этот процесс не зависит от силы давления или интенсивности трения, а определяется исключительно взаимодействием электрических полей.
Опровержение старых представлений
Открытие ученых ставит под сомнение традиционные взгляды, существовавшие на протяжении почти двух столетий. Джеймс Томпсон, брат знаменитого физика лорда Кельвина, полагал, что лед становится скользким вследствие повышения температуры, вызванного давлением и трением. Однако новая работа показывает, что этот механизм недостаточен для объяснения явления.
Кроме того, исследователи опровергли распространенное мнение о невозможности катания на лыжах при низких температурах. Ранее считалось, что при температуре ниже −40°C на поверхности льда не образуется достаточно жидкой смазки для эффективного скольжения. Новые данные показывают, что даже при экстремально низких температурах межмолекулярные взаимодействия приводят к формированию тонкого слоя жидкости, хотя и значительно более вязкого, чем обычная вода.
Практическое значение открытия
Это исследование имеет важные последствия для понимания поведения льда и разработки новых материалов, обеспечивающих лучшее сцепление с поверхностью. Оно также открывает перспективы для улучшения дизайна лыж и коньков, позволяя спортсменам достигать лучших результатов даже в условиях суровых климатических условий.
Таким образом, работа ученых из Саарландского университета представляет собой значительный вклад в область физики и материаловедения, предлагая новый взгляд на природу скольжения по льду и открывая возможности для дальнейших исследований и инноваций.
