Hanno intuito che le molecole vicine alla superficie si comportano diversamente da quelle profonde nel ghiaccio. Il ghiaccio è un cristallo, il che significa che ogni molecola d’acqua è bloccata in un reticolo periodico. Tuttavia, in superficie, le molecole d’acqua hanno meno vicini con cui legarsi e quindi hanno più libertà di movimento rispetto al ghiaccio solido. Nel cosiddetto strato prefuso le molecole vengono facilmente spostate da un pattino, da uno sci o da una scarpa.
Oggi gli scienziati generalmente concordano sul fatto che lo strato prefuso esiste, almeno vicino al punto di fusione, ma non sono d’accordo sul suo ruolo nella scivolosità del ghiaccio.
Alcuni anni fa, Luis MacDowellfisico dell’Università Complutense di Madrid, e i suoi collaboratori correvano una serie di simulazioni stabilire quale delle tre ipotesi – pressione, attrito o prefusione – spieghi meglio la scivolosità del ghiaccio. “Nelle simulazioni al pc, puoi vedere gli atomi muoversi”, ha detto, qualcosa che non è fattibile negli esperimenti reali. “E puoi effettivamente osservare i vicini di quegli atomi” per vedere se sono periodicamente distanziati, are available un solido, o disordinati, are available un liquido.
Hanno osservato che il blocco di ghiaccio simulato period effettivamente ricoperto da uno strato liquido, spesso solo poche molecole, come prevede la teoria della prefusione. Quando hanno simulato un oggetto pesante che scivolava sulla superficie del ghiaccio, lo strato si è ispessito, in accordo con la teoria della pressione. Infine, hanno esplorato il riscaldamento per attrito. Vicino al punto di fusione del ghiaccio, lo strato prefuso period già spesso, quindi il riscaldamento per attrito non ha avuto un impatto significativo. A temperature più basse, invece, l’oggetto scivolante produceva calore che scioglieva il ghiaccio e ispessiva lo strato.
“Il nostro messaggio è: tutte e tre le ipotesi controverse operano simultaneamente in un modo o nell’altro”, ha detto MacDowell.
Ipotesi 4: Amorfizzazione
O forse lo scioglimento della superficie non è la causa principale della scivolosità del ghiaccio.
Recentemente, un workforce di ricercatori dell’Università del Saarland in Germania ha identificato gli argomenti contro tutte e tre le teorie prevalenti. In primo luogo, affinché la pressione sia sufficientemente elevata da sciogliere la superficie del ghiaccio, l’space di contatto tra (advert esempio) gli sci e il ghiaccio dovrebbe essere “irragionevolmente piccola”. hanno scritto. In secondo luogo, per uno sci che si muove a una velocità realistica, gli esperimenti dimostrano che la quantità di calore generata dall’attrito non è sufficiente a provocarne lo scioglimento. In terzo luogo, hanno scoperto che a temperature estremamente fredde, il ghiaccio è ancora scivoloso anche se non c’è uno strato prefuso. (Le molecole di superficie hanno ancora una carenza di vicini, ma a basse temperature non hanno abbastanza energia per superare i forti legami con le molecole di ghiaccio solide.) “Quindi o la scivolosità del ghiaccio deriva da una combinazione di tutti loro o da alcuni di essi, oppure c’è qualcos’altro che non sappiamo ancora”, ha detto Achraf Atilauno scienziato dei materiali del workforce.
Gli scienziati hanno cercato spiegazioni different nella ricerca su altre sostanze, come i diamanti. I lucidatori di pietre preziose sanno da tempo per esperienza che alcuni lati di un diamante sono più facili da lucidare, o “più morbidi”, di altri. Nel 2011, un altro gruppo di ricerca tedesco ha pubblicato un articolo spiegare questo fenomeno. Hanno creato simulazioni al pc di due diamanti che scivolano l’uno contro l’altro. Gli atomi sulla superficie venivano strappati meccanicamente dai loro legami, il che consentiva loro di muoversi, formare nuovi legami e così through. Questo scorrimento ha formato uno strato privo di struttura, “amorfo”. In contrasto con la natura cristallina del diamante, questo strato è disordinato e si comporta più come un liquido che come un solido. Questo effetto di amorfizzazione dipende dall’orientamento delle molecole sulla superficie, quindi alcuni lati di un cristallo sono più morbidi di altri.
Atila e i suoi colleghi sostengono che un meccanismo simile avviene nel ghiaccio. Hanno simulato lo scorrimento delle superfici del ghiaccio l’una contro l’altra, mantenendo la temperatura del sistema simulato sufficientemente bassa da garantire l’assenza di scioglimento. (Qualsiasi scivolosità avrebbe quindi una spiegazione diversa.) Inizialmente, le superfici si attraevano a vicenda, proprio come i magneti. Questo perché le molecole d’acqua sono dipoli, con concentrazioni irregolari di carica positiva e negativa. L’estremità positiva di una molecola attrae l’estremità negativa di un’altra. L’attrazione del ghiaccio ha creato minuscole saldature tra le superfici scorrevoli. Man mano che le superfici scivolavano l’una sull’altra, le saldature si rompevano e se ne formavano di nuove, modificando gradualmente la struttura del ghiaccio.
