#Наука
Вчені переписують фізику, спростовуючи 200-річну теорію про те, чому лід слизький
Ці результати змінюють те, як фізики пояснюють фазові зміни на межі розділу тверде тіло-рідина.
Вчені переписують фізику, спростовуючи 200-річну теорію про те, чому лід слизький
Ілюстративне зображення, на якому зображено двох вчених, які йдуть по танучому арктичному морському льоду.
Дослідники в Німеччині поставили під сумнів 200-річне припущення та виявили, що тиск і тертя не є причиною слизькості льоду, всупереч тому, що давно викладають на уроках фізики по всьому світу.
Під керівництвом Мартіна Мюзера, доктора філософії, професора моделювання матеріалів Саарландського університету, команда фізиків виявила, що молекулярні диполі є справжньою причиною того, чому люди, тварини та навіть машини втрачають рівновагу на льоду.
Повідомляється, що це відкриття перевертає парадигму, встановлену майже два століття тому братом популярного британського математика лорда Кельвіна, Джеймсом Томпсоном, який на той час припустив, що тиск і тертя сприяють таненню льоду разом із температурою.
«Виявляється, що ні тиск, ні тертя не відіграють особливої ролі у формуванні тонкого шару рідини на льоду», – заявив Мюзер.
Переосмислення багатовікової теорії
Мюзер та його колеги, Ахраф Атіла, доктор філософії, вчений з обчислювальних матеріалів, та Сергій Сухомлінов, доктор філософії, постдокторант з фізики в університеті, наголосили, що протягом поколінь поширене пояснення того, чому лід стає слизьким, зосереджувалося на тиску та терті .
Вони додали, що на зимових обледенілих тротуарах здавна вважалося, що поєднання ваги тіла та тепла підошов взуття створює достатній тиск, щоб розтопити поверхню , що зрештою призводить до ковзання та падінь.
Однак, згідно з їхнім найновішим дослідженням, насправді саме взаємодія між молекулярними диполями в льоду та тими, що знаходяться на контактуючій поверхні, такій як підошва взуття, порушує структуру льоду та робить його слизьким.
На ілюстрації показано, як контакт з льодом, чи то через лижі, ковзани чи взуття, порушує його впорядковану кристалічну структуру. Авторство: AG Müser
Щоб спростувати давнє переконання, команда використала передові комп'ютерні симуляції, які показали, що молекулярні диполі , що виникають через нерівномірний розподіл електронів між атомами в молекулі, є ключовими рушійними силами формування цього слизького шару.
За словами вчених, молекулярний диполь виникає, коли молекула має частково позитивні та частково негативні заряди, що надає молекулі загальної полярності, яка вказує в певному напрямку.
Слизько навіть біля абсолютного нуля
Команда дослідників детальніше дослідила, як утворюється лід, щоб зрозуміти це явище. Нижче точки замерзання молекули води організовуються в жорстку кристалічну решітку, вирівнюючись у високовпорядкований візерунок, що надає льоду твердої та структурованої форми.
Коли людина ступає на поверхню льоду, слизькістю вона стає не через тиск чи тертя, а через взаємодію між молекулярними диполями в підошві взуття та в льоду. Цей контакт миттєво порушує раніше впорядковану кристалічну структуру, роблячи її нестабільною та слизькою.
«У трьох вимірах ці диполь-дипольні взаємодії стають «руйнованими»», – уточнив Мюзер, посилаючись на фізичну концепцію, де конкуруючі сили перешкоджають утворенню стабільної, впорядкованої структури.
Мартін Мюзер, доктор філософії, професор симуляції матеріалів в Саарландському університеті. Авторство зображення: Саарландський університет / Торстен Мор
На мікроскопічному рівні це порушення на межі розділу льодовика та ковпака порушує кристалічну решітку, перетворюючи її на невпорядковану, аморфну та зрештою рідку. Більше того, спростовуючи теорію Томпсона, команда також розвінчала ще одну поширену помилку.
«Досі вважалося, що катання на лижах за температури нижче –40 градусів Цельсія неможливе, бо просто надто холодно для утворення тонкої змащувальної рідкої плівки під лижами», – зазначив Мюзер у прес-релізі . «Виявляється, що це також невірно».
Він пояснив, що дипольні взаємодії зберігаються навіть за надзвичайно низьких температур. Примітно, що між льодом і лижею все ще утворюється рідка плівка, навіть поблизу абсолютного нуля. За таких температур плівка стає товстішою за мед, її важко розпізнати як воду, і вона занадто в'язка для катання на лижах. Однак вона все ще існує.
#Наука
Вчені переписують фізику, спростовуючи 200-річну теорію про те, чому лід слизький
Ці результати змінюють те, як фізики пояснюють фазові зміни на межі розділу тверде тіло-рідина.
Вчені переписують фізику, спростовуючи 200-річну теорію про те, чому лід слизький
Ілюстративне зображення, на якому зображено двох вчених, які йдуть по танучому арктичному морському льоду.
Дослідники в Німеччині поставили під сумнів 200-річне припущення та виявили, що тиск і тертя не є причиною слизькості льоду, всупереч тому, що давно викладають на уроках фізики по всьому світу.
Під керівництвом Мартіна Мюзера, доктора філософії, професора моделювання матеріалів Саарландського університету, команда фізиків виявила, що молекулярні диполі є справжньою причиною того, чому люди, тварини та навіть машини втрачають рівновагу на льоду.
Повідомляється, що це відкриття перевертає парадигму, встановлену майже два століття тому братом популярного британського математика лорда Кельвіна, Джеймсом Томпсоном, який на той час припустив, що тиск і тертя сприяють таненню льоду разом із температурою.
«Виявляється, що ні тиск, ні тертя не відіграють особливої ролі у формуванні тонкого шару рідини на льоду», – заявив Мюзер.
Переосмислення багатовікової теорії
Мюзер та його колеги, Ахраф Атіла, доктор філософії, вчений з обчислювальних матеріалів, та Сергій Сухомлінов, доктор філософії, постдокторант з фізики в університеті, наголосили, що протягом поколінь поширене пояснення того, чому лід стає слизьким, зосереджувалося на тиску та терті .
Вони додали, що на зимових обледенілих тротуарах здавна вважалося, що поєднання ваги тіла та тепла підошов взуття створює достатній тиск, щоб розтопити поверхню , що зрештою призводить до ковзання та падінь.
Однак, згідно з їхнім найновішим дослідженням, насправді саме взаємодія між молекулярними диполями в льоду та тими, що знаходяться на контактуючій поверхні, такій як підошва взуття, порушує структуру льоду та робить його слизьким.
На ілюстрації показано, як контакт з льодом, чи то через лижі, ковзани чи взуття, порушує його впорядковану кристалічну структуру. Авторство: AG Müser
Щоб спростувати давнє переконання, команда використала передові комп'ютерні симуляції, які показали, що молекулярні диполі , що виникають через нерівномірний розподіл електронів між атомами в молекулі, є ключовими рушійними силами формування цього слизького шару.
За словами вчених, молекулярний диполь виникає, коли молекула має частково позитивні та частково негативні заряди, що надає молекулі загальної полярності, яка вказує в певному напрямку.
Слизько навіть біля абсолютного нуля
Команда дослідників детальніше дослідила, як утворюється лід, щоб зрозуміти це явище. Нижче точки замерзання молекули води організовуються в жорстку кристалічну решітку, вирівнюючись у високовпорядкований візерунок, що надає льоду твердої та структурованої форми.
Коли людина ступає на поверхню льоду, слизькістю вона стає не через тиск чи тертя, а через взаємодію між молекулярними диполями в підошві взуття та в льоду. Цей контакт миттєво порушує раніше впорядковану кристалічну структуру, роблячи її нестабільною та слизькою.
«У трьох вимірах ці диполь-дипольні взаємодії стають «руйнованими»», – уточнив Мюзер, посилаючись на фізичну концепцію, де конкуруючі сили перешкоджають утворенню стабільної, впорядкованої структури.
Мартін Мюзер, доктор філософії, професор симуляції матеріалів в Саарландському університеті. Авторство зображення: Саарландський університет / Торстен Мор
На мікроскопічному рівні це порушення на межі розділу льодовика та ковпака порушує кристалічну решітку, перетворюючи її на невпорядковану, аморфну та зрештою рідку. Більше того, спростовуючи теорію Томпсона, команда також розвінчала ще одну поширену помилку.
«Досі вважалося, що катання на лижах за температури нижче –40 градусів Цельсія неможливе, бо просто надто холодно для утворення тонкої змащувальної рідкої плівки під лижами», – зазначив Мюзер у прес-релізі . «Виявляється, що це також невірно».
Він пояснив, що дипольні взаємодії зберігаються навіть за надзвичайно низьких температур. Примітно, що між льодом і лижею все ще утворюється рідка плівка, навіть поблизу абсолютного нуля. За таких температур плівка стає товстішою за мед, її важко розпізнати як воду, і вона занадто в'язка для катання на лижах. Однак вона все ще існує.
Українська
English
