De ce este gheața alunecoasă? Noi experimente ar fi aflat răspunsul!

O echipă internațională de la Universitatea Complutense din Madrid, Spania a realizat o simulare pe calculator a modului în care un corp solid alunecă pe gheață, la scară atomică, confirmând prezența unui strat autolubrifiant la suprafață.

Suprafața gheții se topește în contact cu un solid, formând un strat lubrifiant care se autoperpetuează, pe măsură ce se aplică o greutate și o alunecare mai mare asupra acestuia.

• Neutrinii ar putea fi cheia pentru studierea nucleului Soarelui
• Oamenii de știință au găsit 128 de sateliți noi în jurul lui Saturn

Acest fenomen de cooperare face ca gheața să devină mai alunecoasă și mai susceptibilă de a provoca accidente de patinaj sau de mașină, potrivit unei cercetări internaționale conduse de Universitatea Complutense din Madrid (UCM).

În acest studiu, publicat în Proceedings of the National Academy of Science, cercetătorii au realizat o simulare pe calculator a modului în care un solid alunecă pe suprafața gheții la scară atomică.

„Analiza modului în care moleculele de gheață sunt organizate colectiv pentru a le conferi puterea lor lubrifiantă deosebită ne oferă o perspectivă privilegiată asupra procesului, care nu ar putea fi obținută prin experimente convenționale, având în vedere dificultatea enormă de a realiza o observație experimentală a unui strat lubrifiant cu o grosime de o miliardime de metru”, subliniază Luis González MacDowell, cercetător la Departamentul de Chimie Fizică al UCM, potrivit EurekAlert.

Ce proprietăți are gheața alunecoasă?

Proprietățile alunecoase ale gheții au fost exploatate în unele cazuri în scopuri de agrement (cum ar fi patinajul pe gheață), iar în altele ca mijloc de transport.

„Este important să înțelegem originea acestei proprietăți larg cunoscute a gheții, atât pentru a îmbunătăți performanțele sportivilor olimpici, cât și pentru a asigura siguranța vehiculelor în timpul iernii”, indică expertul.

Oamenii de știință au petrecut două secole întrebându-se de ce gheața este alunecoasă și care este cauza stratului de lichid care se formează deasupra ei. De-a lungul deceniilor, personalități precum Michael Faraday, James Thomson, Osborne Reynolds și Philip Browden au venit cu ipoteze divergente.

Cu toate acestea, acest studiu a servit la demonstrarea faptului că acestea sunt, de fapt, compatibile și acționează simultan.

„Ceea ce descoperim, de fapt, este că principiile cheie ale caracterului alunecos al gheții sunt: fenomenul de topire a suprafeței propus de Faraday; topirea treptată cauzată de presiune, care amintește de ipoteza lui Thomson, și topirea cauzată de frecare, așa cum a propus Bowden”, subliniază chimistul de la UCM.

Care este cauza stratului de lichid care se formează pe gheață?

Această combinație de factori conferă suprafeței gheții un excepțional strat de lubrifiere autoreparatoare.

„Problema cu lubrifierea este că, pe măsură ce presiunea crește, lubrifiantul este expulzat dintre fețele opuse, ceea ce le lasă în contact direct. În cazul gheții, funcționează principiul lui Le Chatelier și, pe măsură ce stratul de lubrifiere este alungat de presiune, gheața însăși se topește și repară pierderea”, indică Lukasz Baran, cercetător MCSU care a lucrat la tehnica de simulare în timpul unui stagiu de șase luni la UCM.

În afară de prevenirea accidentelor sportive și de circulație, rezultatele acestui studiu ar putea fi aplicate în proiectarea unor lubrifianți mai buni în alte sisteme.

„Este important să ne amintim că mai mult de jumătate din energia generată la nivel mondial se pierde prin frecare. Îmbunătățirea proceselor de lubrifiere ar însemna o economie uriașă de combustibil, bani și impact asupra mediului”, conchide Pablo Llombart, cercetător la Institutul Nicolás Cabrera al UAM.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Cercetătorii au descoperit că viața ar putea înflori sub gheața din Antarctica. Cum este posibil?

Hotelul de Gheață din Munții Făgăraș revine după doi ani de pauză

Mostre de atmosferă veche de 5 milioane de ani, găsite în gheața din Antarctica

Materialul magnetic care „îngheață” la căldură i-a surprins pe fizicieni