Se acerca el invierno, que promete los episodios habituales de precipitaciones heladas en los lugares del norte. El resbalón de la nieve y el hielo es un gran dolor si conduce, vuela o camina, pero puede ser muy divertido si se pone un parde esquís.
Bo Persson, un científico del Centro de Investigación Jülich en Alemania, ha desarrollado una nueva teoría que describe cómo se vuelve el hielo resbaladizo cuando un material duro como un esquí se desliza sobre él. La teoría concuerda bien con los datos experimentales y podría ayudar adiseñar mejores sistemas de deslizamiento, por ejemplo, los esquís antes mencionados. También podría contribuir a una comprensión fundamental de la fricción del hielo que podría ayudar a explicar el movimiento de los glaciares y otros procesos naturales.
Persson informa sus resultados en Revista de física química , de AIP Publishing.
Decir que el hielo es resbaladizo es solo otra forma de decir que tiene baja fricción, pero predecir la fricción del hielo no es una tarea fácil.
El hielo en sí mismo no es intrínsecamente resbaladizo, pero lo es cuando se forma una capa delgada de agua en la superficie. El agua puede aparecer cuando el calor de la fricción derrite el hielo, o mediante una transición natural de fase sólida a líquida, llamada pre-fusión,que ocurre cerca de la superficie incluso a temperaturas muy por debajo de la temperatura de congelación general del agua. Esta fusión previa se observó por primera vez hace más de 150 años cuando el científico británico Michael Faraday juntó dos cubitos de hielo y vio que estaban pegados. Concluyó que había uncapa líquida en la superficie del hielo que se congeló cuando los dos cubos entraron en contacto.
Para complicar aún más el estudio de la fricción del hielo está el hecho de que el contacto entre el hielo y un objeto deslizante ocurre en la interfaz entre dos sólidos, lo que se denomina interfaz enterrada.
"Es casi imposible estudiar directamente a nivel molecular lo que sucede en la interfaz enterrada", dijo Persson. Esto se debe a que el material sólido bloquea el área de contacto y no se pueden dispersar partículas como iones o electrones de la interfaz para estudiarlo., como si fuera una superficie libre.
Aunque la fusión previa de la capa superior de una superficie de hielo libre se ha estudiado extensamente tanto teórica como experimentalmente, no está claro hasta qué punto los resultados se aplican al área de contacto enterrada entre el hielo y otros materiales sólidos, señaló Persson.
Sin embargo, existe una amplia gama de datos experimentales que muestran cómo la temperatura y la velocidad de deslizamiento afectan la fricción en el hielo. El principal avance de Persson fue conectar una descripción teórica de la fricción del hielo con los datos experimentales. Lo hizo desarrollando una ecuación quedescribe el esfuerzo cortante por fricción del hielo, que es el esfuerzo que experimenta el material en el área de contacto real de una fuerza paralela a la superficie como la causada por un esquí deslizante.
La ecuación muestra cómo el esfuerzo cortante depende de la temperatura del hielo en la superficie. La ecuación sugiere que, al igual que la superficie libre, las interfaces de hielo enterradas también pueden exhibir un comportamiento de fusión previa.
"El resultado más importante es que he construido una ley fenomenológica de esfuerzo cortante que es capaz de explicar la fricción del hielo como una función de la velocidad de deslizamiento y la temperatura en una amplia región de velocidad y temperatura", dijo Persson.
Los hallazgos contribuyen a una mejor comprensión del origen físico de la fricción sobre el hielo, que según Persson es su principal interés. Más recientemente, ha ampliado su exploración a la fricción entre el caucho y el hielo, que es importante para diseñar neumáticos y calzado de invierno. Cuandola goma se desliza sobre el hielo, la deformación de la goma juega un papel importante en la determinación de la fricción.
En última instancia, el trabajo podría ayudar a todos a disfrutar más del clima invernal, ya sea que desee caminar con seguridad sobre el hielo en sus zapatos o deslizarse con abandono en un trineo o un par de esquís.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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