Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 Современная мобильная связь постоянно развивается, и операторы внедряют все новые поколения сетей. 30 марта для миллионов российских пользователей из Москвы, Санкт-Петербурга и Новосибирска началась новая цифровая эра. Абоненты из этих городов получили возможность протестировать связь 5G. Однако многие пользователи до сих пор не понимают, в чем принципиальная разница между поколениями — 4G и 5G. Ученый Пермского Политеха объясняет, что именно изменилось по сравнению с 4G и как это влияет на качество и доступность мобильного интернета.
Европейские мореплаватели, которые ходили к берегам Западной Африки, искренне верили, что местные торговцы их обманывают. Африканцы якобы намеренно портили золото, подмешивая в него серебро, медь и даже битое стекло. Эта подозрительность сохранялась на протяжении веков и отразилась во многих хрониках. Однако сокровища с легендарного пиратского корабля «Уида», затонувшего у берегов Массачусетса в 1717 году, поставили эту версию под сомнение.
Британские океанологи выяснили, что шум от сейсморазведки подавляет общение финвалов. Во время стрельбы из пневматических пушек количество китовых песен падало в среднем на 70 процентов. Исследование показывает, что антропогенный шум заставляет морских млекопитающих замолкать или спешно покидать привычные акватории.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Энтомологи сравнили устойчивость коммерческих и диких гибридных медоносных пчел к главному паразиту ульев — клещу варроа. Полевые и лабораторные тесты показали, что гибриды заражаются в пять раз реже, поскольку их личинки не нравятся паразитам. Пчела-гибрид выживает без регулярных химических обработок и, что важно для пчеловодов, сохраняет миролюбивый характер.
Ученые давно знают как с хорошим приближением прогнозировать рост поверхностей. Но экспериментально подтвердить точное соответствие реальных процессов и модели — гораздо более сложная задача, у которой, тем не менее, есть решение.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
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