Что делает лед таким скользким? Ученые заглянули внутрь кристалла

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Лед скользкий. Это знает каждый, кто хоть раз неуклюже переступал через обледенелую лужу или любовался грациозным скольжением фигуристов. Но что делает эту, казалось бы, простую субстанцию такой неуловимой для наших ног? Долгое время ученые бились над ответом, выдвигая разнообразные теории и строя догадки. И вот, наконец, завеса тайны приоткрылась: команда физиков из Поднебесной, вооружившись передовыми технологиями, заглянула в самое сердце ледяного кристалла, чтобы раз и навсегда разрешить этот «скользкий вопрос».

Лёд
Автор: Designer

Их инструмент — атомно-силовой микроскоп, прибор настолько чувствительный, что способен различать отдельные атомы. Но увидеть атомы льда — задача не из легких. Водяной пар, неизбежно присутствующий в воздухе, моментально конденсируется на охлажденной поверхности, скрывая ее от пытливого взора микроскопа. Поэтому ученым пришлось создать условия, приближенные к космическому холоду: температура внутри камеры, где покоился образец льда, была остужена до -150°C.

И здесь началось самое интересное. Как известно, молекулы воды в кристалле льда выстраиваются в упорядоченную структуру, напоминающую пчелиные соты — правильные шестиугольники, соединенные друг с другом прочными водородными связями. Однако на поверхности льда, словно не подчиняясь общему порядку, молекулы воды образуют хаотичный, почти жидкоподобный слой. Именно этот слой, по мнению ученых, и является ключом к разгадке феномена скользкости.

Но почему же молекулы воды на поверхности ведут себя столь необычно? Дело в том, что на границе двух сред — твердой (льда) и газообразной (воздуха) — действуют силы, нарушающие симметрию кристаллической решетки. Молекулы воды, находящиеся на поверхности, оказываются менее связанными со своими соседями, словно стремясь вырваться из ледяных оков. Этот эффект усиливается с повышением температуры: хаотичный слой становится толще, и лед становится еще более скользким.

Абстрактное изображение кристаллической структуры льда. Достоверные изображения смотреть на странице научной публикации
Автор: Designer

Китайские физики не только подтвердили существование этого «пограничного хаоса», но и смогли детально изучить его структуру. Используя компьютерное моделирование, они продемонстрировали, как нарушения в кристаллической решетке распространяются по поверхности льда, формируя своего рода «скользкую пленку».

Это открытие — не просто удовлетворение научного любопытства. Понимание природы скользкости льда имеет огромное практическое значение. Оно поможет усовершенствовать технологии создания более эффективных коньков и лыж, разработать новые материалы с улучшенными антиобледенительными свойствами, а также углубить наши знания о процессах, происходящих в атмосфере и криосфере Земли.

Исследования китайских ученых — это только первый шаг на пути к полному пониманию такого привычного, но такого загадочного явления, как скользкость льда. И можно с уверенностью сказать, что впереди нас ждут еще более удивительные открытия.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Откуда самый высокий водопад мира берет сотни тонн воды в секунду, если над ним нет обширной питающей водной системы

Водопад Анхель — это не просто самый высокий водопад планеты. Это живое воплощение того, как природа может создавать нечто настолько грандиозное и одновременно неуловимое. Представьте...

Где опаснее оказаться: в раскалённой пустыне или посреди открытого океана

Представьте, как вы внезапно остались одни, без связи, без немедленной помощи, либо среди бесконечных барханов горячей пустыни, либо на крошечном спасательном плоту в открытом океане. Какая из...

Миф о «трудном возрасте»: младенцы шимпанзе рискуют в 3 раза чаще взрослых, опровергая теорию подросткового бунта

В современной науке о поведении закрепилось представление о подростковом возрасте как о периоде неизбежного, биологически обусловленного риска. Статистика несчастных случаев среди людей в возрасте...

История ВАЗ-2106, который 27 лет простоял на балконе четвёртого этажа

Более 27 лет в Тбилиси (Грузия), в обычном жилом доме на Дигомском массиве, на балконе четвёртого этажа стояла необычная «достопримечательность» в виде настоящего нового автомобиля ВАЗ-2106....

Почему грунт Марса ядовит: как пылевые бури меняют химию планеты без воды

Марс представляется застывшей пустыней. Мертвым миром, где единственное движение — это ветер, перегоняющий песок. Но это только на первый взгляд. Новое исследование показывает, что...

Что будет с метеоритом в ускорителе частиц? Оказалось, астероиды в 7 раз прочнее расчетов

Эксперимент на ускорителе в ЦЕРНе выявил скрытое свойство метеоритного железа. Под воздействием высокоэнергетического излучения материал не разрушается, а меняет свою структуру, становясь...