Perché il ghiaccio è scivoloso

Da solo, il ghiaccio non è scivoloso. Quando sali su un marciapiede ghiacciato, senti davvero una superficie scivolosa. Ma la scivolosità è causata da un sottile strato di acqua liquida e non direttamente dal ghiaccio solido stesso. L'acqua su una superficie liscia è scivolosa perché l'acqua è un liquido a bassa viscosità. Come tale, non ci sono legami intermolecolari permanenti nell'acqua liquida, e i legami intermolecolari transitori sono deboli. Ciò significa che le molecole d'acqua possono muoversi liberamente, scivolare l'uno sull'altro facilmente, e riempire eventuali buchi o crepe microscopiche che potrebbero impigliare un oggetto.

Ma come fa l'acqua a finire sul ghiaccio in primo luogo? Questa è una domanda più difficile a cui rispondere. Per molti anni, gli scienziati pensavano che la causa fosse la pressione. Quando si applica pressione all'acqua, in effetti abbassi il suo punto di fusione. Nel 1886, l'ingegnere John Joly ha proposto che il peso di una persona che pattina sul ghiaccio creasse una pressione sufficiente per abbassare il punto di fusione del ghiaccio al di sotto della temperatura ambiente, facendo così sciogliere il ghiaccio in un sottile strato d'acqua sotto i pattini. Ma questa spiegazione non regge a un esame più attento. Non importa quanta pressione applichi, non puoi abbassare il punto di fusione dell'acqua al di sotto -22 gradi Celsius. E ancora, il ghiaccio a temperature inferiori a questa mostra ancora la formazione di uno strato liquido scivoloso. Mentre la pressione può giocare un ruolo, non è l'effetto dominante.

Nel 1939, Frank P. Bowden e T. P. Hughes ha proposto che l'attrito degli oggetti che scivolano sul ghiaccio lo faccia riscaldare abbastanza da sciogliersi. Mentre l'attrito provoca effettivamente calore, non crea abbastanza calore per sciogliere il ghiaccio che si trova a una temperatura molto bassa. E ancora, il ghiaccio a bassa temperatura forma ancora uno strato liquido scivoloso. Anche, il riscaldamento per attrito non può spiegare perché si formi uno strato scivoloso anche se l'oggetto è perfettamente immobile. Mentre il riscaldamento per attrito può svolgere un ruolo nel ridurre l'attrito per gli oggetti ad alta velocità, non è l'effetto dominante.

I dettagli esatti del perché il ghiaccio forma uno strato liquido scivoloso, anche quando viene applicata poca pressione o attrito, attualmente non è completamente risolto dagli scienziati ed è un'area di ricerca in corso. È stato scoperto che il ghiaccio ha sempre un sottile strato liquido sulla sua superficie, anche a temperatura ben al di sotto dello zero, e anche in assenza di contatto con oggetti. La formazione di uno strato liquido superficiale è quindi una proprietà del ghiaccio stesso e non una proprietà di interagire con un oggetto. Lo strato liquido sembra sorgere perché le molecole d'acqua in superficie hanno meno legami chimici rispetto alla massa, così possono assorbire meglio le vibrazioni naturali. In un 2005 Articolo di revisione di fisica oggi, afferma Robert Rosenberg, “La struttura periodica si rompe [in superficie] e gli strati molecolari adottano una ricostruzione più amorfa in risposta al numero ridotto di legami chimici che tengono in posizione le molecole di superficie. Gli atomi nella superficie più esterna vibrano con un'ampiezza maggiore in funzione della temperatura rispetto agli atomi nel reticolo interno… La fusione superficiale è attribuibile all'interazione del movimento vibrazionale delle molecole di superficie con le molecole di massa interne.”

Credito:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/12/10/perché-è-ghiaccio-scivoloso/