Проф. Мартин Мюзер: Причината не е в налягането, а в "обърканите" молекули

Екип от германски физици от Университета в Саарланд пренаписа правилата на зимните спортове и физиката, като опроверга теория, властвала в науката в продължение на два века. Според новото проучване, публикувано в престижното списание "Physical Review Letters", причината ледът да е хлъзгав няма нищо общо с налягането или триенето, както се смяташе досега.

В продължение на близо 200 години учебниците по физика преподаваха теорията на британския физик Джеймс Томпсън. Според нея, когато стъпим върху лед, тежестта на тялото или триенето на обувката разтапят най-горния слой, създавайки тънък воден филм, който действа като смазка. Новите компютърни симулации обаче доказват, че това обяснение е напълно погрешно.

Краят на една епоха във физиката

Екипът, воден от проф. д-р Мартин Мюзер, заедно с д-р Ашраф Атила и д-р Сергей Сухомлинов, открива, че хлъзгавостта се дължи на взаимодействието между молекулите на повърхността на леда. Те не се разтапят от натиск, а са в състояние на постоянна нестабилност.

"Оказва се, че нито налягането, нито триенето играят особено значителна роля в образуването на тънкия течен слой върху леда", заяви проф. Мартин Мюзер, цитиран от пресцентъра на Университета в Саарланд.

Учените обясняват феномена с наличието на така наречените "висящи" водородни връзки и електрически диполи на повърхността. Когато те влязат в контакт с друг обект (като подметка или ска), настъпва хаос в кристалната решетка.

"В три измерения тези диполни взаимодействия стават 'фрустрирани' (объркани)", обяснява проф. Мюзер. Това състояние на молекулярен безпорядък прави повърхността подвижна и хлъзгава, без да е необходимо реално повишаване на температурата или топене.

Ски при абсолютната нула

Новото откритие обяснява и феномени, които старата теория не можеше да покрие – например как е възможно да се карат ски при температури от -40 градуса или по-ниски, когато налягането не би трябвало да е достатъчно за разтапяне на леда.

Според симулациите на германския екип, този "смазващ" слой от подвижни молекули съществува дори при температури, близки до абсолютната нула. "Между леда и ските все още се образува течен филм", потвърждава проф. Мюзер, уточнявайки, че при екстремен студ този филм е вискозен като мед, но все пак е наличен.

Откритието има огромен потенциал за практическо приложение. Разбирането на молекулярния механизъм на хлъзгането може да доведе до създаването на революционни нови покрития за зимни гуми и обувки, които да гарантират много по-висока безопасност през зимата.