Priljubljene Objave

Izbira Urednika - 2019

Pojasnila se je drsljivost ledu

Anonim

Zimski športi, kot so smučanje, drsanje, drsanje in curling, zahtevajo spolzke površine ledu in snega. Čeprav je dejstvo, da je površina ledu spolzka, je splošno priznana, daleč ni popolnoma razumljena. Leta 1886 je John Ioly, irski fizik, ponudil prvo znanstveno razlago za nizko trenje na ledu; ko se predmet, tj. ledeni drsnik, dotakne ledene površine, je lokalni kontaktni tlak tako visok, da se led zlije in tako nastane tekoča vodna plast, ki maže drsenje. Sedanje soglasje je, da čeprav tekoča voda na površini ledu zmanjša drsni trenje na ledu, se ta tekoča voda ne tali s tlakom, ampak s trenjem, ki nastane med drsenjem.

oglas


Ekipa raziskovalcev, ki jo vodijo bratje prof. Daniel Bonn z Univerze v Amsterdamu in prof. Mischa Bonn iz MPI-P, so zdaj pokazala, da je trenje na ledu bolj zapleteno, kot je bilo doslej. Z makroskopskimi trenjnimi eksperimenti pri temperaturah od 0 ° C do -100 ° C so raziskovalci pokazali, da - presenetljivo - površina ledu pretvori iz izjemno spolzke površine pri značilnih zimskih športnih temperaturah, na površino z visokim trenjem pri -100 ° C.

Da bi raziskali izvor te odvisnosti od drog, so raziskovalci na površini izvedli spektroskopske meritve stanja vodnih molekul in jih primerjali s simulacijami molekulske dinamike (MD). Ta kombinacija eksperimenta in teorije razkriva, da na površini ledu obstajajo dve vrsti molekul vode: molekule vode, ki so zlepljene na ledeni led (vezane na tri vodikove vezi) in premične molekule vode, ki jih vežejo samo dve vodikovi vezi. Te mobilne molekule vode neprekinjeno prehajajo preko ledenih podobnih kroglic, ki jih poganjajo toplotne vibracije.

Ko se temperatura poveča, sta dve vrsti površinskih molekul pretvorjeni med seboj: število mobilnih molekul vode se povečuje na račun molekul vode, ki so pritrjeni na površino ledu. Neverjetno je, da se ta sprememba gibanja mobilnosti najvišjih molekul vode na površini ledu odlično ujema s temperaturno odvisnostjo izmerjene trenje: večja je mobilnost na površini, manjša je trenja in obratno. Raziskovalci zato sklepajo, da - namesto tankega sloja tekoče vode na ledu - visoka mobilnost molekul površinske vode je odgovorna za drsenje ledu.

Čeprav površinska mobilnost še naprej narašča do 0 ° C, to ni idealna temperatura za drsenje na ledu. Poskusi kažejo, da je trenje v resnici minimalno pri -7 ° C; točno enaka temperatura je nameščena na drsališčih. Raziskovalci so pokazali, da je pri temperaturi med -7 ° C in 0 ° C drsenje težje, ker se led postane mehkejši, zaradi česar se drsni predmet globlje koplje v led.

oglas



Story Source:

Materiali, ki jih zagotavlja Inštitut Max Planck za raziskave polimerov . Opomba: Vsebino lahko uredite za slog in dolžino.


Referenčni opis revije :

  1. Bart Weber, Yuki Nagata, Stefania Ketzetzi, Fujie Tang, Wilbert J. Smit, Huib J. Bakker, Ellen HG Backus, Mischa Bonn, Daniel Bonn. Molekularni vpogled v slippernost ledu . Časopis za fizikalno kemijo Letter, 2018; DOI: 10.1021 / acs.jpclett.8b01188