Paslysti ant ledo — akimirksnis. Tačiau paaiškinti, kodėl taip nutinka, ilgą laiką buvo gerokai sudėtingiau. Žiemos „juodasis ledas“ ne vieną yra nuvedęs ant žemės, bet tikrasis šio reiškinio mechanizmas buvo aiškinamas klaidingai.
Nauji tyrimai parodė, kad populiari mokyklinė teorija apie ledą ir jo slidumą — tik pusė tiesos.
Sena vadovėlinė versija: ledo paviršius tiesiog „ištirpsta“
Daug metų moksleiviai mokėsi, kad slėgis ir trintis nuo batų padų ar pačiūžų ašmenų ištirpdo plonytį ledo sluoksnį. Neva susidaręs vanduo tampa slydimo priežastimi.
Skamba logiškai, tačiau tik kol temperatūra nėra itin žema. Eksperimentai aiškiai parodė: ekstremaliame šaltyje toks „įkaitimas“ beveik nevyksta. Vandens plėvelės susidarymo nepavyko patikimai užfiksuoti — vadinasi, ši teorija negalėjo paaiškinti visų situacijų.
Naujas požiūris: ne tirpimas, o ledo struktūros suirimas
Naujas tyrimas, vadovaujamas Saarlando universiteto profesoriaus Martino Müserio ir paskelbtas žurnale „Physical Review Letters“, pasiūlė kitokį paaiškinimą.
Mokslininkai atkreipė dėmesį į vandens molekules ir jų dipolius — mikroskopinius teigiamus ir neigiamus krūvius. Įprastame lede jos sudėliojamos tvarkingoje kristalinėje gardelėje.
Kai batai ar pačiūžos paliečia ledą, jų paviršiuje esantys įkrauti plotai pradeda veikti molekules ir keičia jų orientaciją. Kompiuteriniai modeliavimai parodė, kad dėl šios sąveikos viršutinis ledo sluoksnis ne ištirpsta, o… suiro.
Jis tampa amorfiškas — netvarkingas, tarsi tarpinė būsena tarp kieto ir skysto kūno. Būtent ši netvarka sudaro slidų tarpinių fragmentų sluoksnį, kuriuo galima slysti net esant didžiuliam šalčiui.
Amorfizacija: kai ledas praranda tvarką
Svarbu suprasti: tai nėra įprastas tirpimas. Molekulės nepraranda kietos būsenos visiškai, tačiau paviršiuje jos nebesilaiko griežtoje struktūroje.
Slystant toliau, ši netvarkinga zona plečiasi ir formuoja ploną, labai lengvai judantį sluoksnį. Jis ir yra pagrindinė priežastis, kodėl ledas toks pavojingas.
Ne visi paviršiai slysta vienodai
Modeliavimas atskleidė dar vieną įdomią detalę: skirtingos medžiagos su ledu elgiasi skirtingai.
Lygūs ir hidrofobiniai paviršiai, pavyzdžiui, kai kurie plastikai, leidžia amorfiniam sluoksniui judėti laisviau — todėl slydimas tampa dar lengvesnis.
Priešingai, medžiagos, kurios stipriai „mėgsta“ vandenį, tarsi prilaiko šią plėvelę. Ji nelaisvai slenka, trintis didėja, o skaidrumas sumažėja — todėl toks paviršius gali būti stabilesnis.
Kas iš to — mums, paprastiems pėstiesiems?
Šis atradimas keičia supratimą apie žiemos saugumą.
Tai ne tik akademinė diskusija — naujos žinios gali padėti kurti saugesnius batų padus, efektyvesnes pačiūžas arba geriau veikiančias ledo dangos priemones. O svarbiausia — paaiškina, kodėl net esant didžiuliam šalčiui ledas vis tiek lieka itin pavojingas.
Ledas nesumažina slydimo dėl šalčio. Jis tiesiog keičia savo struktūrą — ir tai padaro jį dar slidesnį.
Šaltiniai:
- https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/1plj-7p4z
- https://www.earth.com/news/scientists-confirm-exactly-what-makes-ice-so-slippery-and-its-not-what-you-might-think/
