สำหรับผู้ที่อาศัยอยู่ในสภาพอากาศที่หนาวเย็นน้ำแข็งลื่นกำหนดฤดูหนาว: ในลานสเก็ตบนบ่อแช่แข็งและบนถนนและทางเท้าที่ลื่นไหล
แต่ทำไมน้ำแข็งถึงลื่น?
ปรากฎว่านักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบคำตอบสำหรับคำถามง่ายๆนั้นจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ แต่งานวิจัยใหม่แสดงให้เห็นว่าความลื่นของน้ำแข็งอาจเกิดจากโมเลกุล "พิเศษ" บนพื้นผิวของน้ำแข็ง -ฟิสิกส์ลึกลับของ 7 สิ่งทุกวัน-
ทฤษฎีเก่าไม่สมเหตุสมผล
เนื่องจากน้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำของเหลวจุดหลอมละลายของมันจึงลดลงภายใต้แรงกดดันสูง ทฤษฎีที่ยืนยาวบอกว่านี่คือสิ่งที่ทำให้น้ำแข็งลื่น: เมื่อคุณก้าวไปข้างหน้าความดันน้ำหนักของคุณทำให้ชั้นบนสุดละลายลงไปในน้ำ
“ ฉันคิดว่าทุกคนเห็นด้วยว่าสิ่งนี้อาจเป็นไปไม่ได้” Mischa Bonn ผู้อำนวยการแผนกสเปกโทรสโกปีโมเลกุลที่ Max Planck Institute สำหรับการวิจัยพอลิเมอร์ในประเทศเยอรมนีกล่าวกับ Live Science "แรงกดดันจะต้องรุนแรงมากคุณไม่สามารถทำได้โดยการวางช้างบนรองเท้าส้นสูง"
ทฤษฎีอื่นบอกว่าความร้อนที่เกิดจากการเสียดสีเมื่อคุณเคลื่อนที่ข้ามน้ำแข็งจะสร้างชั้นของน้ำ อย่างไรก็ตามน้ำแข็งไม่เพียงลื่นเมื่อคุณเคลื่อนไหวเหมือนใครก็ตามที่พยายามทำยืนบนรองเท้าสเก็ตน้ำแข็งเป็นครั้งแรกที่ค้นพบอย่างรวดเร็ว
แม้ว่าความดันหรือแรงเสียดทานจะละลายน้ำแข็งชั้นน้ำสามารถอธิบายความลื่นได้หรือไม่? Daniel Bonn นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัมในเนเธอร์แลนด์ไม่คิดอย่างนั้น
“ ทฤษฎีชั้นน้ำไม่สมเหตุสมผลมากนัก” บอนน์บอกกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต "ถ้าคุณหกน้ำบนพื้นห้องครัวของคุณมันจะลื่น แต่ไม่ลื่นมาก ... แค่ชั้นน้ำจะไม่ทำ"
โมเลกุลหลวม
Mischa และ Daniel Bonn ซึ่งเป็นพี่น้องกันเผยแพร่กระดาษวันที่ 9 พฤษภาคมในวารสารเคมีฟิสิกส์ที่กำหนดพื้นผิวของน้ำแข็ง มากกว่าชั้นของของเหลวน้ำบนพื้นผิวของน้ำแข็งพวกเขาพบว่ามีโมเลกุลน้ำหลวม Mischa Bonn เปรียบเทียบกับฟลอร์เต้นรำที่ "เต็มไปด้วยหินอ่อนหรือลูกปืน" การลื่นไถลข้ามพื้นผิวของน้ำแข็งเป็นเพียง "กลิ้ง" บนหินอ่อนโมเลกุลเหล่านี้
น้ำแข็งมีมากโครงสร้างผลึกที่เรียบร้อยปกติที่แต่ละโมเลกุลของน้ำในคริสตัลติดอยู่กับอีกสามตัว อย่างไรก็ตามโมเลกุลบนพื้นผิวสามารถติดกับอีกสองคนเท่านั้น การถูกผูกมัดอย่างอ่อนแอกับคริสตัลช่วยให้โมเลกุลพื้นผิวเหล่านี้พังทลายและติดและแยกตัวออกไปยังไซต์ต่าง ๆ บนคริสตัลขณะที่พวกเขาเคลื่อนไหว
แม้ว่าจะลื่นไถลน้ำแข็งเกิดจากการกลิ้งโมเลกุลของน้ำเหล่านี้เป็นหลักชั้นของโมเลกุลนี้ไม่เหมือนกับชั้นของน้ำของเหลว โมเลกุลเหล่านี้และความลื่นไหลอยู่ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำ ในความเป็นจริงวิธีที่โมเลกุลเหล่านี้เคลื่อนไหวได้อย่างอิสระและกระจายไปทั่วพื้นผิวทำให้พวกเขาดูเหมือนก๊าซมากขึ้น Daniel Bonn กล่าว
“ สำหรับฉันมันเป็นก๊าซ-ก๊าซสองมิติแทนที่จะเป็นของเหลวสามมิติ” เขาบอกกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต
แต่ถ้าน้ำแข็งลื่นเพราะโมเลกุลพื้นผิวหลวมน้ำแข็งลื่นไม่ซ้ำกันหรือไม่? ไม่จริงมาร์ตินทรัฟเฟอร์ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยอลาสก้าแฟร์แบงค์กล่าว มันไม่ได้เป็นธรรมชาติของน้ำแข็งที่ไม่เหมือนใคร แต่เป็นความสัมพันธ์ของเรากับมันเขากล่าว
“ สิ่งที่ผิดปกติเกี่ยวกับน้ำแข็งคือเรามักจะพบมันใกล้กับจุดหลอมเหลว” ทรัฟเฟอร์บอกกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต “ มันเป็นวัสดุเดียวที่เรามีเฟสก๊าซเฟสของเหลวและเฟสของแข็งภายในช่วงสภาพอากาศปกติที่เราอาศัยอยู่ "
ทรัฟเฟอร์ที่อาศัยอยู่ในแฟร์แบงค์, อลาสก้ามีประสบการณ์น้ำแข็งไกลจากจุดหลอมเหลว: เมื่อมันได้ลบ 40 องศาฟาเรนไฮต์ (ลบ 40 องศาเซลเซียส) เขากล่าวว่าหิมะ "กลายเป็นเหมือนกระดาษทราย" การสังเกตของทรัฟเฟอร์สอดคล้องกับสิ่งที่ Bonns พบ ที่อุณหภูมิสูงโมเลกุลบนพื้นผิวไม่มีพลังงานมากพอที่จะทำลายและสร้างพันธะเมื่อพวกเขากลิ้งไปรอบ ๆ
อุณหภูมิสำหรับความลื่นที่สุดตามข้อมูลการวิจัยของพวกเขาอยู่ที่ประมาณ 19 องศา F (ลบ 7 องศา C)
แต่บางคนก็รู้อยู่แล้ว เป็นอุณหภูมิมากที่สุดในร่มลานสเก็ตความเร็วใช้มานานหลายปี
บทความต้นฉบับเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์สด-
