Почему мы поскальзываемся зимой на льду: физики разрушили 200-летнее утверждение
Многие люди знают со школы, что лед тает под действием давления и трения. Зимой можно поскользнуться на льду из-за давления, которое оказывает вес тела человека на подошву еще теплой обуви. Но оказывается, это объяснение не соответствует действительности.
Физики выяснили, что лед становится скользким не из-за давления или трения, а из-за взаимодействия молекулярных диполей во льду с молекулами на контактирующей с ним поверхности, например, на подошве обуви. Таким образом ученые опровергают существующее уже почти 200 лет утверждение, согласно которому давление и трение способствуют таянию льда также, как и температура. Оказывается, ни давление, ни трение не играют большой роли в этом процессе. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, пишет Phys.
У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!
Физики выяснили, что молекулярные диполи являются ключевыми факторами, которые способствуют образованию скользкого слоя льда, из-за которого зимой люди могут упасть и получить травмы. Молекулярные диполи возникают, когда молекула имеет области частично положительного и частично отрицательного заряда. Это дает молекуле общую полярность, направленную в определенном направлении.
При температуре ниже нуля градусов Цельсия молекулы воды выстраиваются в упорядоченную прочную кристаллическую структуру. Это и есть лед. Физики пришли к выводу, что, когда человек наступает на эту упорядоченную структуру, верхний слой молекул разрушается не под действием давления или трения обуви, а под влиянием ориентации молекулярных диполей в подошве обуви, которые взаимодействуют с молекулярными диполями во льду. Таким образом упорядоченная структура льда внезапно становится беспорядочной.
На микроскопическом уровне силы между молекулярными диполями льда и материала подошвы обуви нарушают кристаллическую структуру на границе раздела льда и обуви. В итоге лед становится жидким. Потому люди начинают скользить по льду.
Физики не только опровергли почти 200-летнее представление о том, почему люди скользят на льду, но также опровергли еще одно утверждение, которое оказалось неверным.
По словам ученых, считалось, что невозможно кататься на лыжах при температуре ниже минус 40 градусов Цельсия. Это связано с тем, что под лыжами слишком холодно для образования тонкой жидкой пленки, способствующей нормальному движению лыж по снегу.
Как выяснили физики, дипольные взаимодействия сохраняются и при экстремально низких температурах. Жидкая пленка все же образуется на границе раздела льда и лыж.
Для людей, которые зимой поскользнулись на льду и получили травму, скорее всего неважно, что стало причиной этого: давление, трение или молекулярные диполи. Но для физиков это различие имеет большое значение.
Как уже писал Фокус, физики из США впервые запустили новый детектор частиц, который должен помочь разобраться с тем, что происходило в первые секунды после Большого взрыва.
Также Фокус писал о том, что астрономы обнаружили новую мертвую карликовую галактику в неожиданном месте. Ученые открыли новую изолированную карликовую галактику, которая вероятно, сбежала из известной группы галактик. Но ее местоположение является необычным.