Физики выяснили настоящую причину скользкости льда
Хотя лед кажется простым веществом, причина, по которой он настолько скользкий, до сих пор оставалась предметом споров. Недавно физики показали, что при движении по льду трение слегка нагревает его поверхность. Это приводит к образованию тончайшей пленки воды, которая действует как смазка. Некоторые детали этого механизма ученым еще предстоит уточнить.
Скользкость льда долго оставалась одной из классических загадок физики. Майкл Фарадей еще в XIX веке предположил, что на поверхности льда самопроизвольно образуется тонкая жидкая пленка — так называемый слой предплавления, который и облегчает скольжение. Затем возникла другая гипотеза: давление от коньков или других предметов может понижать температуру плавления льда, вызывая локальное таяние.
В XX веке физики Фрэнк Боуден и Томас Хьюз предложили третье объяснение — нагрев из-за трения. Согласно этой идее, само движение по льду генерирует тепло, которое плавит тонкий поверхностный слой и образует смазку из воды. Однако, несмотря на десятилетия исследований, единого объяснения не существовало: разные эксперименты и компьютерные модели указывали на разные механизмы.
Авторы новой работы, представленной на сервере препринтов Корнеллского университета, попробовали объединить все сценарии с помощью многоуровневого моделирования — метода изучения сложных систем, объединяющего модели разных масштабов или уровней детализации. Сначала смоделировали трение между льдом и стеклом на уровне отдельных атомов и молекул воды. Подход позволил выявить зависимость силы трения от температуры и скорости скольжения в микроскопических контактных областях.
Этих симуляций, однако, оказалось недостаточно. Дело в том, что они давали неправильную зависимость трения от скорости: в модели трение росло при ускорении движения, тогда как реальные эксперименты показывали обратное.
Чтобы устранить это противоречие, в расчеты добавили эффект выделения тепла. Когда объект движется по льду, контакт происходит не по всей поверхности, а лишь в небольших микронеровностях. Именно в этих точках возникает интенсивное трение, выделяющее тепло. В частности, при скорости всего около 0,1 метра в секунду температура в области контакта может резко возрасти и приблизиться к точке плавления льда.
Повышение температуры также приводит к усиленному образованию жидкоподобного слоя воды на поверхности. При этом толщина пленки увеличивается, а ее вязкость уменьшается, резко снижая сопротивление движению. В результате на макроскопическом уровне трение падает, что и происходит в реальных экспериментах со льдом.
Сравнение полученных данных с лабораторными измерениями трения и даже данных о движении камней в керлинге показало, что расчеты хорошо воспроизводят наблюдаемое «поведение». Таким образом, физики наконец показали, что скользкость льда возникает из сочетания нескольких процессов, однако решающую роль играет именно нагрев от трения.
Более того, поверхностный слой воды и структурные изменения льда могут участвовать в формировании пленки, но без теплового эффекта не могут объяснить зависимость трения от скорости. Открытие помогает примирить разные теории и предлагает более целостную картину одного из самых известных и спорных физических явлений в повседневной жизни.
Telegram 
Дзен 
VK Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
Мумии сохраняют следы не только болезней и травм, но и самих процедур, которым подвергали тела после смерти. Компьютерная томография головы мумии, много десятилетий пролежавшей в музее, раскрыла не совсем привычный способ извлечения мозга и другие детали бальзамирования.
Археологи, проводящие раскопки древнего города Адрамиттейон в Западной Турции, обнаружили богатую римскую виллу II-III веков нашей эры. Украшающая виллу мозаика включает в себя неожиданно личный элемент жизни владельцев — изображения домашних питомцев с надписями, указывающими их имена.
Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Мумии сохраняют следы не только болезней и травм, но и самих процедур, которым подвергали тела после смерти. Компьютерная томография головы мумии, много десятилетий пролежавшей в музее, раскрыла не совсем привычный способ извлечения мозга и другие детали бальзамирования.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Остров Пекан недалеко от Мексиканского залива в Луизиане вскоре перейдет в собственность компании Илона Маска. Здесь будет новый космодром для Starship, почти в 20 раз больше, чем в Бока-Чике, где уже стоят две стартовых площадки. Уникальное местоположение позволит компании попытаться реализовать амбициозную цель о запуске миллиона низкоорбитальных спутников на орбиты, где сегодня находится подавляющее меньшинство спутников Земли.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии