Физики нашли ответ, почему лед скользкий

Французские ученые предложили новое понимание физики скольжения по льду. В журнале Physical Review X они объясняют, почему лед скользкий, и прогнозируют, как могут быть использованы результаты их исследования.

Звучит удивительно, но до сих пор полноценного объяснения, какие физические процессы отвечают за эффект скольжения по льду, нет. Исследователи более 150 лет пытаются ответить на детский вопрос: почему лед скользкий? Обычно скользкость льда объясняют так: между льдом и движущимся по нему предметом появляется тонкий слой жидкой воды, что позволяет предмету скользить.

Такое объяснение, по мнению французских физиков, не более чем гипотеза, поскольку вызывает много вопросов: какова толщина этого слоя и каковы его свойства? И также неясно, как вода, которая, в отличие от масла, представляет собой плохой смазочный материал, может так уменьшить трение.

Ответить на эти вопросы ученым помог специально разработанный прибор, "который позволяет впервые исследовать межфазную пленку на поверхности льда в нанометровом масштабе".

Чтобы получить новое представление о процессах, связанных со скольжением по льду, физики использовали устройство, напоминающее камертон с прикрепленным к нему стеклянным шариком миллиметрового размера. С помощью колебаний этого "камертона" ученые смогли зафиксировать с высокой точностью горизонтальное и вертикальное смещение шарика во время скольжения по льду. На основе изменений вычислили вязкость среды, в которой происходило движение.

Таким образом, ученым удалось доказать не только наличие этого слоя жидкости, а также измерить его толщину и свойства.

"Слой жидкости намного меньше, чем ожидалось, - говорится в статье, - толщиной всего в несколько сотен нанометров (толщина, составляющая одну сотую толщины волоса). Что еще более неожиданно: межфазная (пограничная) талая вода вовсе не "простая вода". Она такая же вязкая, как нефть, со сложными вязкими свойствами. Эта вязкая водная пленка и объясняет, почему лед такой скользкий".

Лед на поверхности не полностью превращается в воду из-за трения при скольжении, говорят ученые. Вместо этого образуется смесь воды и дробленого льда. Секрет скольжения по ледяной поверхности заключается в особых свойствах этой смеси, резюмируют физики.

Данные экспериментов "требуют фундаментального пересмотра теории, описывающей трение на льду". "Мы надеемся, - говорится в статье, - что новая теория может дать подсказки, как увеличить скользкость для зимних видов спорта, или предложит полезные решения для увеличения трения, например, в ситуации на скользких дорогах".