Blog pre dôchodcov Prečo je ľad taký klzký
Blog o Bohu a svete
Sobota 17. februára 2018
Prečo je ľad taký klzký?
Na aktuálnych zimných olympijských hrách sa možno niekto čuduje, prečo korčule a lyže tak dobre kĺžu. A odpoveď sa zdá byť zrejmá: tak ako olej znižuje trenie prevodovky automobilu, tenká vrstva vody na povrchu ľadu podporuje kĺzanie lyží a korčúľ. Táto odpoveď je v zásade správna, vedie však k ďalšej otázke:
Odkiaľ pochádza táto vrstva vody, ktorá umožňuje kĺzanie?
Tavenie tlakom Odpoveď na túto otázku dodnes ponúkajú niektoré učebnice fyziky pre stredné školy - je však nesprávna. Tam niekedy tvrdia: Pretože váha korčuliara sa prenáša na ľad iba cez veľmi úzke bežce, tlak na ľad je taký vysoký, že sa lokálne topí. Tak vznikne tenký vodný film, na ktorom sa potom bežci (alebo lyže alebo sánky) môžu ľahko kĺzať. Títo Tavenie tlakom je známa aj z ľadovcov, ktoré svojou vlastnou váhou vytvárajú na skale dole škvrnu roztopenej vody, na ktorej sa zosúvajú dole do údolia.
To, čo funguje s ľadovcami, sa nemusí nevyhnutne vzťahovať na korčuľovanie. Na univerzite sa človek naučí na začiatočníckych prednáškach z fyziky, ktorá používa rovnicu Clausius-Chapeyron by malo platiť. Vytvára spojenie medzi tlakom na ľade a znížením teploty topenia. Podľa toho korčuliar vážiaci 75 kilogramov a ktorého čepele korčúľ majú kontaktnú plochu 6 centimetrov štvorcových, vytvára na ľad tlak 12 barov. Podľa Clausiusa-Chapeyrona by to znížilo bod topenia dotknutého ľadu len o desatinu stupňa. To je však príliš málo na vytvorenie vrstvy vody, pretože korčuľovanie na ľade by už potom nebolo možné pri teplotách ľadu niekoľko stupňov pod nulou. (Ani kôň na bežcoch by sa nešmýkal). Mimochodom, už by ste boli pri tlakovom topení Stoj na mieste po krátkej dobe v kaluži vody, čo skúsenosť ukázala, nie je tento prípad.
Tavenie trením Dnes vieme, že Trecie teplo podstatnou mierou prispieva k tvorbe vodnej vrstvy. Korčule na korčule alebo tobogán generujú trecie teplo na ľade, topia povrch ľadu a tým vytvárajú tenký vodný film. Experimenty skutočne preukázali, že trenie na rozhraní lyžina/ľad spôsobuje topenie ľadu. Typický korčuliar na ľade využíva trecie teplo na skvapalnenie až 12 kubických milimetrov ľadu pozdĺž svojej čepele, čím vytvorí vodný film hrubý 0,04 milimetra. Pravdepodobne je tento film po krátkom čase ešte tenší, pretože voda z taveniny je kvôli hmotnosti korčuliara vytlačená na stranu, a teda neprispieva k procesu kĺzania.
Tlak a trenie však nemôžu byť jediným vysvetlením klzkého ľadu. Musí existovať tretí príspevok. To si všimnete, keď si sadnete na nohavice, keď šliapete na ľadovú plochu prvýkrát: zdá sa, že rozmazaná vrstva na ľade nezávisí od hmotnosti, teploty a pohybu. Pretože ľad je - aj bez vonkajších vplyvov, ako sú bežci a lyže - tenký, tekutý Film prečerpaný. Nemali by ste na to myslieť ako na mláku, ale skôr na vrstvu vody, ktorá je hrubá iba niekoľko molekulárnych vrstiev.
Na vysvetlenie je potrebné povedať toto: zatiaľ čo sú molekuly vody vo vnútri ľadu pravidelne usporiadané a pripevnené proti sebe, strácajú svoju súdržnosť na povrchu (t.j. vo „vzduchu“). Sú umiestnené na mriežke z ľadových kryštálov dole - sú však pohyblivé. Tento vodný film je preto fázou s neusporiadanými ľahko premiestniteľnými molekulami. Dodáva ľadu klzkosť. Iba v posledných niekoľkých rokoch fyzici skúmali túto vrstvu s komplikovaným vybavením (röntgenový difraktometer, zdroje synchrotrónového žiarenia atď.). Je ich len pár Nanometer (nm) hrubý, kde 1 nm zodpovedá milióntine milimetra. Pri mínus 38 stupňoch však táto povrchová vrstva stráca svoju pohyblivosť a brzdí tak korčuľovanie.
Našťastie je v Pchjončchangu iba mínus 20 stupňov.
Preto platí prognóza: Lyžiarske a tobogánové dobré!