Ślizganie się po lodzie jest dla wszystkich znajome, aczkolwiek wytłumaczenie, dlaczego lód jest śliski, wzbudzało wiele kontrowersji, które trwały niemalże dwa stulecia. W artykule opublikowanym niedawno w czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences” dr Łukasz Baran i prof. dr hab. Wojciech Rżysko wraz we współpracy z prof. Luisem G. MacDowellem z Uniwersytetu Complutense w Madrycie oraz Pablo Llombartem z Uniwersytetu Autonoma w Madrycie przedstawiają niektóre z najważniejszych wskazówek dotyczących tego zjawiska (https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2209545119).
Ludzie wykorzystywali śliskość lodu od czasów starożytnych, czy to jako formę rozrywki, czy jako środek transportu. Dlatego zrozumienie pochodzenia tej dobrze znanej właściwości jest ważne zarówno dla poprawy wyników sportowców na igrzyskach olimpijskich, jak i dla zapewnienia bezpieczeństwa samochodów zimą.
Najbardziej akceptowaną dotychczas hipotezą jest to, że na powierzchni lodu znajduje się warstwa stopionej wody, która działa jak lubrykant. Ale w jaki sposób ta warstwa wody tworzy się poniżej temperatury topnienia? Michael Faraday zaproponował w połowie XVIII wieku, że topnienie lodu zachodzi samoistnie na jego powierzchni, nawet poniżej temperatury topnienia. Ale ta hipoteza wydawała się sprzeczna z nowo sformułowanymi zasadami termodynamiki i nie została dobrze przyjęta. Mniej więcej w tym samym czasie James Thomson, starszy brat Lorda Kelvina, odkrył jedną z najbardziej niezwykłych właściwości lodu: jego zdolność do topienia się pod ciśnieniem, co jest przeciwieństwem większości substancji, które krystalizują wraz ze wzrostem ciśnienia. Posługując się tą koncepcją, naukowiec Osborne Reynolds, jeden z ojców hydrodynamiki, zasugerował, że nacisk wywierany przez łyżwę na lód spowoduje jego stopienie, umożliwiając łatwe ślizganie się. Ale prawie sto lat później, w 1950 roku, Philip Bowden, jeden z założycieli współczesnej nauki o tribologii, czyli nauce o tarciu, zasugerował zamiast tego, że topnienie nie było spowodowane zwiększonym ciśnieniem, ale raczej wytwarzanym ciepłem podczas ślizgania się po lodzie.
Przeprowadzone symulacje pozwoliły wykazać, że sporne od tak dawna trzy główne hipotezy rzeczywiście są wzajemnie kompatybilne i działają jednocześnie: głównym kluczem do śliskiej natury lodu jest zjawisko topnienia powierzchni zaproponowane przez Faradaya; topnienie pod wpływem ciśnienia, przypominające hipotezę Thomsona, oraz topnienie pod wpływem tarcia zaproponowane przez Bowdena.
Łukasz Baran, Pablo Llombart, Wojciech Rżysko i Luis G. MacDowell, Proc. Nat. Acad. Sci. 119 (49) e2209545119 (2022).
źródło: Wydział Chemii UMCS
