Los deportes de invierno como el esquí, el patinaje de velocidad, el patinaje artístico y el rizado requieren las superficies resbaladizas del hielo y la nieve. Si bien el hecho de que la superficie del hielo es resbaladiza es ampliamente reconocido, está lejos de ser completamente comprendido. En 1886 John Joly, un físico irlandés, ofreció la primera explicación científica para la baja fricción en el hielo; cuando un objeto, es decir, un patín de hielo, toca la superficie del hielo, la presión de contacto local es tan alta que el hielo se derrite creando una capa de agua líquida que lubricaEl consenso actual es que, aunque el agua líquida en la superficie del hielo reduce la fricción por deslizamiento sobre el hielo, esta agua líquida no se derrite por la presión sino por el calor de fricción producido durante el deslizamiento.
Un equipo de investigadores dirigido por los hermanos Prof. Daniel Bonn de la Universidad de Amsterdam y Prof. Mischa Bonn de MPI-P, ahora han demostrado que la fricción en el hielo es más compleja de lo que se suponía hasta ahora. A través de experimentos de fricción macroscópica a temperaturas que varíande 0 ° C a -100 ° C, los investigadores muestran que, sorprendentemente, la superficie del hielo se transforma de una superficie extremadamente resbaladiza a las temperaturas típicas de los deportes de invierno, a una superficie con alta fricción a -100 ° C.
Para investigar el origen de esta resbaladiza dependiente de la temperatura, los investigadores realizaron mediciones espectroscópicas del estado de las moléculas de agua en la superficie y las compararon con simulaciones de dinámica molecular DM. Esta combinación de experimento y teoría revela que dos tipos deexisten moléculas de agua en la superficie del hielo: moléculas de agua que están pegadas al hielo subyacente unidas por tres enlaces de hidrógeno y moléculas de agua móviles que están unidas por solo dos enlaces de hidrógeno. Estas moléculas de agua móviles ruedan continuamente sobre el hielo, como pequeñasesferas: alimentadas por vibraciones térmicas.
A medida que aumenta la temperatura, las dos especies de moléculas de superficie se interconvierten: el número de moléculas de agua móviles aumenta a expensas de las moléculas de agua que se fijan a la superficie del hielo. Sorprendentemente, esta temperatura provocó un cambio en la movilidad de las capas superioresLas moléculas de agua en la superficie del hielo coinciden perfectamente con la dependencia de la temperatura de la fuerza de fricción medida: cuanto mayor es la movilidad en la superficie, menor es la fricción y viceversa. Por lo tanto, los investigadores concluyen que, en lugar de una capa delgada de agua líquida enel hielo: la alta movilidad de las moléculas de agua superficial es responsable de la resbaladiza del hielo
Aunque la movilidad de la superficie continúa aumentando hasta 0 ° C, esta no es la temperatura ideal para deslizarse sobre hielo. Los experimentos muestran que la fricción es de hecho mínima a -7 ° C; la misma temperatura esimpuesta en las pistas de patinaje de velocidad. Los investigadores muestran que a temperaturas entre -7 ° C y 0 ° C, el deslizamiento es más difícil porque el hielo se vuelve más blando, lo que hace que el objeto deslizante se hunda más profundamente en el hielo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :