Лід – штука підступна. Начебто тверда поверхня, а варто ступити необережний крок – і вже летиш у невідомому напрямку. Але чому так відбувається? Секрет слизького льоду: що приховує зимова поверхня? Відповідь здається очевидною: вода! Проте не все так просто. Давайте розбиратися.
Що взагалі відбувається під ногами?
Уявіть: ви ступаєте на лід, і раптом підошва ковзає. Чому? Насправді лід сам по собі не є суперслизьким. Якщо взяти шматок льоду і провести по ньому пальцем, тертя буде помітним. Але коли ми стаємо на лід або ковзаємо ковзанами, відбувається цікава річ – під дією тиску й тертя на поверхні льоду утворюється найтонший шар води. Він діє як мастило, роблячи поверхню напрочуд слизькою.
Є два ключових фактори: тиск і механічне тертя. Коли вага тіла зосереджується на маленькій площі контакту, як-от кінчики ковзанів чи підошви взуття, тиск підвищується, а разом із ним — ймовірність локального танення. Навіть якщо температура навколишнього середовища значно нижча за нуль, лід у точці контакту може частково розм’якшуватися, створюючи тонку водяну плівку.
Додайте сюди ще й тертя: під час руху виникає тепло, яке ще більше сприяє плавленню. В результаті між поверхнею льоду й вашим взуттям з’являється мікроскопічний шар рідини, який і знижує опір. Чим швидше рух, тим активніше цей ефект. Ось чому, ковзани на високій швидкості відчуваються ще більш слизькими, ніж просто стояння на льоду.
Важливо, що сила тиску та швидкість руху можуть впливати на товщину цієї плівки, змінюючи рівень ковзання. Тому шини автомобіля мають протектор для розриву водяної плівки, а хокейні ковзани мають гострі краї для кращого зчеплення з льодом.
Температура має значення!
Чим тепліший лід, тим легше він плавиться від контакту з ногами, шинами чи лезом ковзана. Десь при -1°C-3°C лід стає найбільш слизьким. Водяна плівка тонка, але достатньо густа, щоб забезпечити мінімальне тертя. А от при -20°C уже зовсім інша історія. Лід твердий і сухий, ковзати по ньому значно важче. Можливо, помічали, що кататися на ковзанах на критих ковзанках, де температура не така низька, набагато приємніше, ніж на озері в морозний день?
Опади, вологість і сюрпризи природи
Ви коли-небудь помічали, як ожеледь може бути ще небезпечнішою після дощу чи мокрого снігу? Волога на поверхні льоду перетворюється на ще один слизький шар, посилюючи ефект ковзання. Або інший варіант – коли сніг приховує крижану пастку, і ось ви вже неочікувано перевіряєте, наскільки міцний ваш зимовий одяг. Буває ще гірше: коли вдень відлига, а вночі мороз – дорога перетворюється на ідеальну ковзанку.
Природний лід, на озерах і річках, часто містить мікротріщини, пухирці повітря та домішки, які можуть впливати на його ковзкі властивості. Він може бути нерівним, крихким або навіть «пухким» через неоднорідність замерзання. А ось штучний лід, на ковзанках чи спортивних аренах, зазвичай створюється шарами і є майже ідеально гладким. Це робить його більш передбачуваним для спортсменів і звичайних людей, які виходять на лід.
Секрет слизького льоду: це досліджують учені?
Гляціологи, фізики та навіть інженери зимових видів спорту б’ються над загадкою ковзкого льоду. Вони використовують надчутливі датчики, щоб виміряти товщину водяної плівки на льоду. Ще створюють комп’ютерні моделі взаємодії взуття, ковзанів і автомобільних шин із зимовою поверхнею.
Наприклад, у 2018 році команда дослідників із Європи(Франції) провела експеримент. У якому вони використовували атомно-силовий мікроскоп для вивчення молекулярної структури поверхні льоду. Виявилося, що навіть при дуже низьких температурах на льоду залишається тонкий шар молекул води. Вони перебувають у постійному русі. Це відкриття не тільки підтвердило давні теорії. Воно допомогло краще зрозуміти, як можна впливати на властивості льоду для підвищення безпеки в містах та на дорогах.
Крім того, у дослідженнях NASA вивчають структуру льоду в екстремальних умовах. Це допомагає не лише у спорті, а й у проєктуванні космічних апаратів. Вчені також проводять експерименти з різними матеріалами підошов взуття, щоб знайти найменш слизькі варіанти.
Чому це важливо в повсякденному житті?
Розуміння природи слизького льоду допомагає нам створювати кращі підошви для зимового взуття, безпечніші шини для автомобілів і навіть ефективніші технології для зимового спорту. Наприклад, ковзани для фігурного катання та хокейні леза мають різну конструкцію. Це саме через те, як вони взаємодіють із льодом. А антиожеледні реагенти? Вони не просто розтоплюють лід, а й змінюють його структуру, роблячи поверхню менш слизькою.
Тож чому ж він такий слизький?
Виявляється, це цілий комплекс факторів: температура, тиск, вологість, особливості поверхні. Чим тепліший лід, тим більша ймовірність, що на ньому буде тонкий шар води. Чим вища вологість – тим більше шансів на непередбачувані ковзання. І навіть тиск грає роль. Легка людина може не розтопити лід під ногами, а важча – створить ту саму слизьку водяну плівку.
А ось ще один дивовижний факт: у 2018 році вчені з Нідерландів довели, що молекули води на поверхні льоду організовані не хаотично, а в певні структури, які нагадують рідкі кристали. Це відкриття може допомогти в розробці нових антиковзких покриттів і навіть пояснити деякі аномалії поведінки льоду в природі.
Читайте також:
Яку мінімальну температуру може витримати людина?
Чому ви постійно мерзнете: 7 можливих причин та поради