¿Por Qué El Hielo Es Resbaladizo?

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La razón por la que el hielo es resbaladizo es un poco sorprendente y completamente fascinante.

Para aquellos que viven en climas más fríos, el hielo resbaladizo define el invierno: en las pistas de patinaje, en los estanques congelados y en las carreteras y aceras peligrosamente resbaladizas.

Pero, ¿por qué el hielo es tan resbaladizo?

Resulta que los científicos no sabían realmente la respuesta a esa simple pregunta hasta hace poco. Pero una nueva investigación ha demostrado que el deslizamiento del hielo puede deberse a moléculas "extra" en la superficie del hielo. [La misteriosa física de 7 cosas cotidianas]

Las viejas teorías no tienen sentido

Debido a que el hielo es menos denso que el agua líquida, su punto de fusión se reduce bajo altas presiones. Una teoría de larga data dice que esto es lo que hace que el hielo sea resbaladizo: al pisarlo, la presión de su peso hace que la capa superior se derrita en agua.

"Creo que todos están de acuerdo en que esto no puede ser", dijo a WordsSideKick.com Mischa Bonn, directora del departamento de espectroscopia molecular del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros en Alemania. "Las presiones tendrían que ser tan extremas, que ni siquiera se puede lograr poniendo un elefante en tacones altos".

Otra teoría dice que el calor creado por la fricción cuando te mueves a través del hielo produce la capa de agua. Sin embargo, el hielo no solo es resbaladizo cuando se está moviendo, como lo descubre cualquier persona que intente pararse en patines de hielo por primera vez.

Incluso si la presión o la fricción derritieran el hielo, ¿podría una capa de agua explicar el deslizamiento? Daniel Bonn, un físico de la Universidad de Amsterdam en los Países Bajos, no lo cree.

"La teoría de la capa de agua no tiene mucho sentido", dijo Bonn a WordsSideKick.com. "Si derramas un poco de agua en el piso de tu cocina, se vuelve resbaladizo pero no muy resbaladizo... Solo una capa de agua no lo hará".

Moléculas sueltas

Mischa y Daniel Bonn, que son hermanos, publicaron un artículo el 9 de mayo en el Journal of Chemical Physics, describiendo la superficie del hielo. Encontraron que en lugar de una capa de agua líquida sobre la superficie del hielo, había moléculas de agua sueltas. Mischa Bonn lo comparó con una pista de baile que está "llena de canicas o rodamientos de bolas". Deslizarse por la superficie del hielo es simplemente "rodar" sobre estos mármoles moleculares.

El hielo tiene una estructura cristalina limpia y muy regular, donde cada molécula de agua en el cristal está unida a otras tres. Sin embargo, las moléculas en la superficie solo se pueden unir a otras dos. Al estar tan débilmente unidos al cristal, estas moléculas de la superficie se mueven, y se unen y se separan a sí mismos en varios sitios del cristal a medida que se mueven.

Aunque el deslizamiento en el hielo es causado esencialmente por rodar sobre estas moléculas de agua, esta capa de moléculas no es lo mismo que una capa de agua líquida. Estas moléculas y la capacidad de deslizamiento existen a temperaturas muy por debajo del punto de congelación del agua. De hecho, la forma en que estas moléculas se mueven tan libremente y se difunden a través de la superficie en realidad las hace parecer más como un gas, dijo Daniel Bonn.

"Para mí, es un gas, un gas bidimensional en lugar de un líquido tridimensional", dijo a WordsSideKick.com.

Pero si el hielo es resbaladizo debido a las moléculas de superficie suelta, ¿es el hielo únicamente resbaladizo? En realidad no, dijo Martin Truffer, profesor de física en la Universidad de Alaska Fairbanks. No es tanto la naturaleza del hielo lo que es único, sino nuestra relación con él, dijo.

"Lo inusual del hielo es que generalmente lo encontramos tan cerca del punto de fusión", dijo Truffer a WordsSideKick.com. "Realmente es el único material donde tenemos la fase gaseosa, la fase líquida y la fase sólida dentro del rango de clima normal en el que vivimos".

Truffer, que vive en Fairbanks, Alaska, ha experimentado el hielo muy lejos del punto de fusión: cuando llega a menos 40 grados Fahrenheit (menos 40 grados Celsius), dijo, la nieve "se vuelve como papel de lija". La observación de Truffer se alinea con lo que encontraron los Bonn. A temperaturas ultrabajas, las moléculas en la superficie no tienen tanta energía para romperse y crear enlaces a medida que ruedan, por lo que el hielo se vuelve antideslizante.

La temperatura para el máximo deslizamiento, según sus datos de investigación, es de alrededor de 19 grados F (menos 7 grados C).

Pero algunas personas ya lo sabían; Es la temperatura que la mayoría de las pistas de patinaje en interiores han estado usando durante años.

Artículo original sobre Ciencia viva.


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