Чому ми посковзуємося взимку на льоду: фізики зруйнували 200-річне твердження
Чому ми посковзуємося взимку на льоду: фізики зруйнували 200-річне твердження | Фото: phys.org
Багато людей знають зі школи, що лід тане під дією тиску і тертя. Взимку можна посковзнутися на льоду через тиск, який чинить вага тіла людини на підошву ще теплого взуття. Але виявляється, це пояснення не відповідає дійсності.
Фізики з’ясували, що лід стає слизьким не через тиск або тертя, а через взаємодію молекулярних диполів у льоду з молекулами на поверхні, що контактує з ним, наприклад, на підошві взуття. Таким чином вчені спростовують існуюче вже майже 200 років твердження, згідно з яким тиск і тертя сприяють таненню льоду так само, як і температура. Виявляється, ні тиск, ні тертя не відіграють великої ролі в цьому процесі. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Phys.
У Фокус. Технології з’явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Фізики з’ясували, що молекулярні диполі є ключовими факторами, які сприяють утворенню слизького шару льоду, через який узимку люди можуть впасти й отримати травми. Молекулярні диполі виникають, коли молекула має області частково позитивного та частково негативного заряду. Це дає молекулі загальну полярність, спрямовану в певному напрямку.
За температури нижче нуля градусів Цельсія молекули води вибудовуються в упорядковану міцну кристалічну структуру. Це і є лід. Фізики дійшли висновку, що, коли людина наступає на цю впорядковану структуру, верхній шар молекул руйнується не під дією тиску або тертя взуття, а під впливом орієнтації молекулярних диполів у підошві взуття, які взаємодіють із молекулярними диполями в льоду. Таким чином упорядкована структура льоду раптово стає безладною.
На мікроскопічному рівні сили між молекулярними диполями льоду і матеріалу підошви взуття порушують кристалічну структуру на межі розділу льоду і взуття. У підсумку лід стає рідким. Тому люди починають ковзати по льоду.
Фізики не тільки спростували майже 200-річне уявлення про те, чому люди ковзають на льоду, а й також спростували ще одне твердження, яке виявилося неправильним.
За словами вчених, вважалося, що неможливо кататися на лижах за температури нижче мінус 40 градусів Цельсія. Це пов’язано з тим, що під лижами занадто холодно для утворення тонкої рідкої плівки, що сприяє нормальному руху лиж по снігу.
Як з’ясували фізики, дипольні взаємодії зберігаються і за екстремально низьких температур. Рідка плівка все ж утворюється на межі розділу льоду і лиж.
Для людей, які взимку послизнулися на льоду й дістали травму, найімовірніше, неважливо, що стало причиною цього: тиск, тертя чи молекулярні диполі. Але для фізиків ця відмінність має велике значення.
Як уже писав Фокус, фізики зі США вперше запустили новий детектор частинок, який має допомогти розібратися з тим, що відбувалося в перші секунди після Великого вибуху.
Також Фокус писав про те, що астрономи виявили нову мертву карликову галактику в несподіваному місці. Вчені відкрили нову ізольовану карликову галактику, яка, ймовірно, втекла з відомої групи галактик. Але її місце розташування є незвичайним.