Более двух столетий учёные спорят о неожиданно сложной причине, по которой лёд скользкий. Хотя наличие тонкого слоя воды на поверхности повсеместно признаётся ключевым фактором скольжения или падения на замерзших поверхностях, причина образования этого слоя остаётся предметом споров. Недавние исследования показывают, что ответ может заключаться не в одном механизме, а в сочетании факторов — или в чём-то совершенно новом, что мы ещё не до конца поняли.
Давние Теории
Первое объяснение, восходящее к середине 1800-х годов, предполагало, что давление от веса или движения понижает температуру плавления льда, создавая смазывающую плёнку воды. Хотя это подтверждалось экспериментальными данными, позже эта теория была поставлена под сомнение, когда расчёты показали, что типичный вес человека или скорость катания на лыжах создают недостаточное давление для существенного плавления.
Вторая гипотеза указывала на трение, выделяющее тепло. Трение о лёд генерирует тепло, расплавляя поверхность. Однако это объяснение не учитывает мгновенную скользкость: лёд кажется скользким даже до начала движения. Более того, исследования показывают, что материалы, хорошо проводящие тепло, уменьшают скользкость, что противоречит идее о том, что тепло является единственной причиной.
Третья основная теория предполагает предварительное плавление поверхности : существование естественного тонкого слоя жидкой воды на льду даже при температуре ниже нуля. Считается, что этот слой образуется потому, что поверхностные молекулы менее прочно связаны, чем молекулы внутри льда, что делает их более подвижными. Проблема в том, что, хотя это и широко признано, его роль в скользкости остаётся предметом споров.
Последний Прорыв: Аморфизация
Недавние исследования, проведённые в Университете Саарланда, показывают, что ни одна из вышеперечисленных теорий не объясняет полностью это явление. Вместо этого они предлагают процесс, называемый аморфизацией. Он включает в себя механическое разрушение упорядоченной кристаллической структуры льда при скольжении, создавая неупорядоченный, похожий на жидкость слой.
Эксперименты показывают, что даже при чрезвычайно низких температурах, когда плавление минимально, лёд остаётся скользким. Это говорит о том, что структурные изменения — а не только вызванное температурой плавление — играют роль. Симуляции команды показывают, что силы скольжения деформируют поверхность льда, создавая аморфный слой, который утолщается при продолжении движения. Эта деформация особенно выражена при скольжении материалов с сильным притяжением к воде по льду.
Путь Вперёд: Комплексный Подход
Современный консенсус среди исследователей смещается в сторону объединённого понимания: давление, трение и предварительное плавление вносят свой вклад в определённой степени. Однако открытие аморфизации подчеркивает возможность того, что механическое разрушение играет важную роль, особенно в более холодных условиях.
Затянувшееся несогласие может быть связано с разной терминологией и нежеланием открыто обсуждать противоречивые точки зрения в научном сообществе. Как отмечает Даниэль Бонн, физик из Амстердамского университета, «тот факт, что исследователи льда действительно имеют разные и противоречивые мнения, но не сообщают друг другу о своём несогласии» может тормозить прогресс.
В конечном итоге, скользкая тайна льда, похоже, разрешается. Холистическое понимание, включающее механическую деформацию наряду с тепловыми эффектами, вероятно, предоставит наиболее точное объяснение.
