Вечная загадка скользкого льда решена: дело вовсе не в тонкой водяной плёнке

Зимой ледяные поверхности становятся настоящим испытанием для человека. Долгое время объяснение их скользкости казалось очевидным: давление обуви или лыж вызывало локальное таяние, создавая тонкую водяную плёнку. Дополняла картину теория о нагреве от трения. Но современные исследования поставили крест на этих классических версиях.

Новое объяснение

Учёные Саарского университета пришли к выводу, что дело вовсе не в плавлении. Главную роль играют молекулярные диполи — частичные положительные и отрицательные заряды в молекулах воды. В кристаллической решётке льда диполи упорядочены, однако при контакте с материалами, имеющими собственные диполи (например, подошвой обуви), эта структура нарушается.

В результате возникает аморфный слой, напоминающий жидкость, хотя фактически речь идёт не о талой воде, а о поверхностном беспорядке в расположении молекул. Именно он превращает лёд в коварно скользкую поверхность.

Отказ от старых догм

Ещё в XIX веке Джеймс Томсон выдвинул идею плавления под давлением, а позднее закрепилась гипотеза о тепловом эффекте трения. Однако компьютерное моделирование показывает: даже без значительного нагрева и давления лёд способен образовывать текучую плёнку. Это означает, что сам процесс движения по льду вызывает перестройку молекул, имитирующую плавление.

Более того, при экстремально низких температурах лёд может аморфизироваться даже быстрее, чем у нуля градусов. Таким образом, скольжение возможно и при сильных морозах — миф о "нескользком" льде при -40 °C оказался несостоятельным.

Роль материалов

Исследования показали, что свойства поверхности соприкасающегося материала также важны. Гидрофобные материалы, отталкивающие воду, уменьшают трение заметнее, чем гидрофильные. Это объясняет, почему выбор материала лыж, коньков или зимней обуви напрямую влияет на безопасность и эффективность движения.

Значение открытия

Для обычного прохожего причины скользкости второстепенны — главное, чтобы не упасть. Но для физиков открытие фундаментально. Оно меняет понимание природы трения и структурных превращений на молекулярном уровне.

"Оказывается, ни давление, ни трение не играют существенной роли в формировании тонкого слоя жидкости на льду", — отметил профессор руководивший исследованием, Мартин Мюзер.

Выводы немецких учёных выходят за пределы зимнего быта. Они открывают перспективы для разработки новых материалов, безопасных покрытий и более глубокого понимания того, как ведут себя твёрдые тела под нагрузкой.

Уточнения

Лёд  — вода в твёрдом агрегатном состоянии.