Blogul pensionarilor De ce este gheața atât de alunecoasă
Blog despre Dumnezeu și lume
Sâmbătă, 17 februarie 2018
De ce gheața este atât de alunecoasă?
La actualele olimpiade de iarnă, unii se pot întreba de ce patinele și schiurile alunecă atât de bine. Și răspunsul pare evident: la fel cum uleiul reduce fricțiunea cutiei de viteze a mașinii, un strat subțire de apă pe suprafața gheții promovează alunecarea schiurilor și a patinelor. Acest răspuns este corect în principiu, dar conduce la următoarea întrebare:
De unde vine acest strat de apă, care permite alunecarea?
Topirea prin presiune Un răspuns la această întrebare este oferit și astăzi în unele manuale de fizică din liceu - dar este greșit. Acolo ei pretind uneori: Deoarece greutatea patinatorului este transferată doar pe gheață prin alergătorii foarte îngustați, presiunea pe gheață este atât de mare încât se topește local. Aceasta creează o peliculă subțire de apă pe care alergătorii (sau schiurile sau sănii) pot aluneca apoi cu ușurință. Aceste Topirea prin presiune este cunoscut și din ghețari, care prin propria greutate creează un frotiu de apă topită pe stânca de mai jos, pe care alunecă în vale.
Ceea ce funcționează cu ghețarii nu trebuie neapărat să se aplice patinării. La universitate se învață la începători prelegeri de fizică că se folosește ecuația lui Clausius-Chapeyron ar trebui să se aplice. Stabilește legătura dintre presiunea asupra gheții și reducerea punctului de topire. Potrivit acestui fapt, un patinator cu o greutate de 75 de kilograme și ale cărui lame de skate au o suprafață de contact de 6 centimetri pătrați creează o presiune de 12 bar pe gheață. Potrivit lui Clausius-Chapeyron, acest lucru ar reduce punctul de topire al gheții atinse cu puțin sub o zecime de grad. Cu toate acestea, acest lucru este mult prea puțin pentru a crea un strat de apă, deoarece patinajul nu ar mai fi posibil la temperaturi de gheață de câteva grade sub zero. (Nici măcar un cal pe alergători nu ar aluneca). De altfel, ai fi deja cu topirea presiunii Stai pe loc după un timp scurt într-o baltă de apă, ceea ce experiența a arătat nu este cazul.
Topirea prin frecare Astăzi știm că Căldură prin frecare aduce contribuția esențială la formarea stratului de apă. Lamele de patină sau de săniuș generează căldură prin frecare pe gheață, topesc suprafața gheții și astfel generează o peliculă subțire de apă. Experimentele au arătat de fapt că fricțiunea la interfața derapaj/gheață determină topirea gheții. Un skater tipic folosește căldura de frecare pentru a lichefia până la 12 milimetri cubi de gheață de-a lungul lamei sale, creând o peliculă de apă de 0,04 milimetri grosime. Probabil că acest film este și mai subțire după un timp scurt, deoarece apa de topire este împinsă în lateral din cauza greutății patinatorului și, astfel, nu contribuie la procesul de alunecare.
Cu toate acestea, presiunea și fricțiunea nu pot fi singura explicație pentru gheața alunecoasă. Trebuie să existe o a treia contribuție. Observați acest lucru atunci când vă așezați pe pantaloni când pășiți pentru prima dată pe suprafața gheții: stratul murdar de pe gheață pare a fi independent de greutate, temperatură și mișcare. Deoarece gheața este - chiar și fără influențe externe, cum ar fi alergători și schiuri - una subțire, lichidă Film suprasolicitat. Nu ar trebui să te gândești la ea ca la o baltă, ci mai degrabă un strat de apă care are doar câteva straturi moleculare groase.
Pentru a explica acest lucru, trebuie spus următoarele: în timp ce moleculele de apă din interiorul gheții sunt aranjate în mod regulat și fixate una împotriva celeilalte, își pierd coeziunea la suprafață (adică în „aer”). Acestea sunt situate pe rețeaua de cristal de gheață de mai jos - dar sunt mobile. Acest film de apă este, prin urmare, o fază cu molecule dezordonate, ușor schimbabile. Oferă gheață alunecarea. Abia în ultimii ani fizicienii au cercetat acest strat cu echipamente complicate (difractometru cu raze X, surse de radiații sincrotrone etc.). Ea este doar câteva Nanometru (nm) gros, unde 1 nm corespunde unei milionimi de milimetru. Cu toate acestea, la minus 38 de grade, acest strat de suprafață își pierde mobilitatea și astfel inhibă patinajul.
Din fericire, în Pyeonchang sunt doar minus 20 de grade.
Prin urmare se aplică prognosticul: Schi și săniuș bun!