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Una nueva investigación descubre por qué el hielo es más resbaladizo a -7C (19.4F) todo está en los enlaces H.

Créditos de imagen SmartSign / Flickr.

No se necesita un doctorado. saber que el hielo se vuelve resbaladizo. Sin embargo, comprender por qué su pie no puede agarrarse a la superficie helada ha resultado mucho más frustrante. Nuestra mejor explicación hasta la fecha fue ofrecida por John Joly, un físico y geólogo irlandés, en 1886. Según su teoría, cuando un objeto toca la superficie del hielo, la presión de contacto local puede llegar a ser tan alta que obliga al hielo a adoptar una forma líquida. . Esta fina capa de agua lubrica el hielo y tu pie se va.

La teoría ha sobrevivido hasta hoy, en gran parte en su forma original. Las únicas enmiendas reales que los investigadores han hecho al trabajo de Jolys hasta el día de hoy es que el derretimiento no es causado por una presión localizada, sino por la fricción entre el hielo y un patín de hielo o la suela de su bota.

Resbaladizo cuando está libre

Un nuevo artículo publicado por un equipo de investigación dirigido por el Prof. Daniel Bonn de la Universidad de Amsterdam y el Prof. Mischa Bonn del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros (MPI-P) informa que los mecanismos involucrados son mucho más complejos de lo que se suponía hasta ahora. . Con base en experimentos de fricción macroscópica, escriben que el hielo puede pasar de una superficie extremadamente resbaladiza a temperaturas frías típicas a una con una fricción muy alta a -100C (-148F).

Para ver de dónde proviene este resbalamiento dependiente de la temperatura, el equipo realizó mediciones espectroscópicas en moléculas de agua en la superficie de los trozos de hielo. Luego, los resultados se compararon con simulaciones por computadora de dinámica molecular, en un esfuerzo por medir qué procesos estaban teniendo lugar en esta capa de agua.

El equipo informa que hay dos tipos de moléculas de agua en la superficie del hielo: una que está unida por tres enlaces de hidrógeno y, por lo tanto, inmóvil; el segundo tipo, móvil, sólo está unido por dos enlaces de hidrógeno. Estas últimas moléculas ruedan continuamente sobre el hielo, como diminutas bolas, mantenidas en movimiento por vibraciones térmicas.

A medida que aumentan las temperaturas, las moléculas de agua fijas se convierten progresivamente en moléculas móviles. En otras palabras, cuanto más se calienta el hielo, más moléculas de agua que se utilizan para crear fricción comienzan a actuar como bolas de rodamiento. El cambio impulsado por la temperatura en la movilidad de las moléculas de agua en la superficie coincide perfectamente con la forma en que el coeficiente de fricción del hielo cambia con la temperatura, cuanto mayor sea la movilidad en la superficie, menor será la fricción.

Esta última prueba llevó al equipo a concluir que la movilidad de las moléculas de agua en la superficie, y no la presencia del agua en sí, es lo que hace que el hielo sea tan resbaladizo.

Si bien la movilidad de la superficie aumenta hasta el punto de fusión del hielo, 0C (32F), si desea obtener el máximo deslizamiento, debe apuntar a -7C (19.4F). Según el equipo, este es el punto de temperatura en el que la fricción del hielo es mínima, también es exactamente la misma temperatura impuesta en las pistas de patinaje de velocidad.

Entre -7C y 0C, explica el equipo, cualquier ganancia en la movilidad del agua superficial se verá compensada por el hielo que se vuelve más suave, lo que hace que un objeto deslizante se hunda más profundamente en el hielo.

El artículo Molecular Insight into the Slipperiness of Ice se ha publicado en The Journal of Physical Chemistry Letters .

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