چرا یخ لیز است؟

مجله علمی ایلیاد - پاسخ این پرسش که چرا یخ لیز است در لایه‌ی آب تولید شده به‌وسیله‌ی اصطکاک نهفته است. این لایه‌ی آب نازک‌تر از حد انتظار است و مقدار گِران‌رَوی آن از آب معمولی خیلی بیشتر است؛ زیرا حاوی مخروط‌های یخی ناشی از شکستن یخ است. این پدیده اخیراً توسط محققین موسسات «CNRS» و «ENS-PSL» با همکاری دانشگاه ایکول فرانسه طی مقاله‌ای در مجله‌ی Physical Review X نشان داده شده است.

ماهیت لغزندگی یخ ناشی از تشکیل لایه‌ی نازک آب در نتیجه‌ی اصطکاک است و اسکیت‌بازها نیز بر اساس وجود همین لایه می‌تواند به راحتی روی یخ لیز بخورند. تا کنون مشخصات این لایه‌ی آب روی یخ اندازه‌گیری نشده بود؛ ضخامت این لایه معلوم نبود، مشخصات آن و حتی اصل وجود آن نیز مورد تردید بود. موضوع دیگر این بود که آب به‌عنوان یک روان‌کار ضعیف شناخته می‌شد. با در نظر داشتن این موراد چرا وجود لایه‌ی آب می‌تواند اصطکاک را کاهش داده و یخ را لغزنده کند؟

برای حل کردن این تناقض، دانشمندان دستگاهی ساخته‌اند که چنگال قابل تنظیمی دارد و این چنگال می‌تواند نیروهای وارده در حین لیز خوردن بر روی یخ را به دقت بالایی اندازه‌گیری کند. اگرچه این دستگاه به اندازه‌ای بزرگ است که در ابعاد سانتی‌متری کار می‌کند، ولی به حدی حساس است که می‌تواند از یخ نمونه‌برداری کند و مشخصات اصطکاکی آن‌را در مقیاس نانومتری آنالیز کند. به خاطر وجود این دستگاه، دانشمندان به وضوح و برای اولین بار نشان داده‌اند که اصطکاک باعث ایجاد لایه‌ی نازک آب بر روی یخ می‌شود.

این لایه‌ی آب خصوصیات حیرت‌انگیزی دارد؛ ضخامت آن چند صد نانومتر تا چند میکرون است، یا به عبارتی یک صدم یک تار مو ضخامت دارد. ضخامت به‌دست آمده خیلی کمتر از چیزی است که طبق تئوری پیش‌بینی می‌شد. این لایه‌ی آب را نمی‌توان آب معمولی به حساب آورد، زیرا گِران‌رَوی آن در حد روغن است. در حالی که به نظر می‌رسد آب مایع است، ولی در حقیقت ترکیب آب مایع و ذرات ریز یخ شکسته شده است. بنابراین علت لیز بودن یخ را می‌توان مرتبط با ماهیت گِران‌رَوی این لایه‌ی نازک آب دانست.

این یافته‌ها اطلاعات جدیدی درباره‌ی لیز بودن یخ است و باید آن‌را در ورزش‌های زمستانی مد نظر قرار داد و می‌توان از آن استفاده کرد تا شاید بتوانیم راهی برای افزایش اصطکاک روی یخ پیدا کنیم تا تصادفات ناشی از لغزندگی جاده‌ها کاهش پیدا کنند.