Nyugdíjasok blogja Miért olyan csúszós a jég?
Blog Istenről és a világról
2018. február 17., szombat
Miért olyan csúszós a jég?
A mostani téli olimpián egyesek elgondolkodhatnak azon, hogy miért csúsznak ilyen jól a korcsolyák és a sílécek. És a válasz nyilvánvalónak tűnik: ahogy az olaj csökkenti az autó sebességváltójának súrlódását, a jég felületén lévő vékony vízréteg elősegíti a sílécek és a korcsolyák siklását. Ez a válasz elvileg helyes, de a következő kérdéshez vezet:
Honnan származik ez a vízréteg, amely lehetővé teszi a csúszást?
Nyomásolvadás Erre a kérdésre még mindig kínálnak választ a középiskolai fizika tankönyvek - de ez téves. Ott néha azt állítják: Mivel a korcsolyázó súlya csak a nagyon keskeny futókon keresztül kerül a jégre, a jégre nehezedő nyomás olyan magas, hogy helyben megolvad. Ez egy vékony vízréteget hoz létre, amelyen a futók (vagy sílécek vagy szánok) könnyedén megcsúszhatnak. Ezek Nyomásolvadás gleccserekből is ismert, amelyek saját súlyukból olvadt víz kenetét hozzák létre az alábbi sziklán, amelyen lecsúsznak a völgybe.
Ami a gleccserekkel működik, annak nem feltétlenül kell a korcsolyázásra vonatkoznia. Az egyetemen a kezdő fizika előadásokon megtanulja, hogy az ember az egyenletét használja Clausius-Chapeyron kell alkalmazni. Megállapítja a kapcsolatot a jégre gyakorolt nyomás és az olvadáspont csökkenése között. Eszerint egy 75 kilogramm súlyú jégkorcsolyázó, amelynek korcsolyapengéinek érintkezési területe 6 négyzetcentiméter, 12 bar nyomást hoz létre a jégen. Clausius-Chapeyron szerint ez az érintett jég olvadáspontját alig tized fokkal csökkentené. Ez azonban túl kevés ahhoz, hogy vízréteget hozzon létre, mert néhány nulla fokos jéghőmérsékleten a korcsolyázás már nem lehetséges. (Még egy futó lovas sem csúszna). Egyébként az ember már a nyomás olvadásával lenne Állj rövid idő után egy víztócsában, ami a tapasztalatok szerint nem így van.
Olvadás súrlódással Ma már tudjuk, hogy a Súrlódó hő elengedhetetlenül hozzájárul a vízréteg kialakulásához. A korcsolya vagy szánkópengék súrlódó hőt generálnak a jégen, megolvasztják a jég felületét, és ezáltal vékony vízréteget hoznak létre. A kísérletek valójában azt mutatták, hogy a csúszás/jég határfelületen tapasztalható súrlódás miatt a jég megolvad. Egy tipikus jégkorcsolyázó a súrlódási hőt felhasználva akár 12 köbmilliméter jeget is cseppfolyósít a pengéje mentén, 0,04 milliméter vastag vízfóliát hozva létre. Feltehetően ez a film rövid idő után még vékonyabb, mert az olvadékvíz oldalra tolódik a korcsolyázó súlya miatt, és így nem járul hozzá a csúszási folyamathoz.
A csúszós jégre azonban nem csak a nyomás és a súrlódás adhat magyarázatot. Harmadik hozzájárulásnak kell lennie. Ezt akkor veszi észre, amikor leül a nadrágjára, amikor először lép a jégfelszínre: a jégen lévő maszatos réteg látszólag független a súlytól, a hőmérséklettől és a mozgástól. Mivel a jég - még külső hatások, például futók és sílécek nélkül is - vékony, folyékony Film túlhúzott. Nem úgy kell gondolni rá, mint egy tócára, inkább egy olyan vízrétegre, amely csak néhány molekularéteg vastag.
Ennek magyarázatához a következőket kell mondani: míg a jég belsejében lévő vízmolekulák rendszeresen el vannak rendezve és egymáshoz rögzülve, elveszítik kohéziójukat a felszínen (vagyis a "levegőben"). Az alábbi jégkristály rácson helyezkednek el, de mozgathatóak. Ez a vízfólia tehát rendezetlen, könnyen kiszorítható molekulákkal rendelkező fázis. Ez biztosítja a jég csúszósságát. Csak az elmúlt években fizikusok kutatták ezt a réteget bonyolult berendezéssel (röntgendiffraktométer, szinkrotron sugárforrások stb.). Csak kevesen vannak Nanométer (nm) vastag, ahol 1 nm a milliméter milliomod részének felel meg. Mínusz 38 foknál azonban ez a felszíni réteg elveszíti mozgékonyságát, és így gátolja a korcsolyázást.
Szerencsére Pyeonchangban csak mínusz 20 fok van.
Ezért a prognózis érvényes: Sí és szánkó jó!