Eles intuíram que as moléculas próximas à superfície se comportam de maneira diferente das moléculas nas profundezas do gelo. O gelo é um cristal. Ou seja, cada molécula de água está confinada em uma rede periódica. No entanto, na superfície, as moléculas de água têm menos vizinhos aos quais se ligar, por isso movem-se mais livremente do que o gelo sólido. Na chamada camada pré-fundida, as moléculas são facilmente transferidas por patins, esquis ou sapatos.
Os cientistas agora geralmente concordam que existe uma camada pré-derretida, pelo menos perto do ponto de fusão, mas discordam sobre o seu papel na escorregadia do gelo.
anos atrás, Lewis McDowellO físico da Universidade Complutense de Madrid e seus colaboradores série de simulações Estabeleça qual das três hipóteses explica melhor a escorregadia do gelo: pressão, fricção ou pré-derretimento. “Em simulações de computador, você pode ver os átomos se movendo”, disse ele, o que não é possível em experimentos reais. “E olhando realmente para os vizinhos desses átomos, podemos ver se esses átomos estão periodicamente espaçados, como num sólido, ou dispostos aleatoriamente, como num líquido.”
Eles observaram que os blocos de gelo simulados estavam, na verdade, cobertos por uma camada semelhante a um líquido com apenas algumas moléculas de espessura, como prevê a teoria do pré-derretimento. Quando simularam um objeto pesado deslizando pela superfície do gelo, a camada tornou-se mais espessa, consistente com a teoria da pressão. Finalmente, eles estudaram o aquecimento por fricção. Perto do ponto de fusão do gelo, a camada pré-derretida já era espessa, de modo que o aquecimento por fricção não teve um efeito significativo. Mas em temperaturas mais baixas, o objeto deslizante gerou calor, que derreteu o gelo e engrossou a camada.
“Nossa mensagem é que todas as três hipóteses controversas operam mais ou menos simultaneamente”, disse McDowell.
Hipótese 4: Amorfização
Alternativamente, o derretimento da superfície pode não ser a principal causa do escorregadio do gelo.
Recentemente, uma equipa de investigação da Universidade de Saarland, na Alemanha, identificou contra-argumentos para todas as três teorias populares. Primeiro, para que seja aplicada pressão suficiente para derreter a superfície do gelo, a área de contato entre o esqui e o gelo (por exemplo) deve ser “excessivamente pequena”. eles escreveram. Em segundo lugar, experiências demonstraram que, para esquis que se movem a velocidades realistas, a quantidade de calor gerada pela fricção é insuficiente para causar o derretimento. Terceiro, acontece que em temperaturas extremamente baixas, o gelo ainda pode ser escorregadio mesmo sem uma camada pré-derretida. (As moléculas da superfície ainda não têm vizinhos, mas a baixas temperaturas não têm energia suficiente para superar as fortes ligações com as moléculas sólidas de gelo.) “Portanto, ou a escorregadia do gelo vem de todas ou de uma combinação de algumas delas, ou há algo que ainda não sabemos”, disse ele. Achraf Atillaum cientista de materiais da equipe.
Os cientistas procuraram explicações alternativas em estudos de outros materiais, como os diamantes. Os polidores de pedras preciosas sabem há muito tempo por experiência própria que alguns lados de um diamante são mais fáceis de polir ou “mais macios” do que outros. Em 2011, outro grupo de pesquisa alemão Publicou um artigo Isso explica esse fenômeno. Eles criaram uma simulação computacional de dois diamantes deslizando um contra o outro. Os átomos na superfície são agora retirados mecanicamente de suas ligações, permitindo que se movam e formem novas ligações. Este deslizamento resultou na formação de uma camada “amorfa” sem estrutura. Em contraste com a natureza cristalina do diamante, esta camada é desordenada e se comporta mais como um líquido do que como um sólido. Este efeito de amorfização depende da orientação das moléculas na superfície, de modo que algumas faces do cristal são mais suaves que outras.
Attila e os seus colegas argumentam que um mecanismo semelhante está a ocorrer no gelo. Eles simularam superfícies de gelo deslizando umas contra as outras e mantiveram a temperatura do sistema simulado baixa o suficiente para garantir que não derretesse. (Assim, o escorregadio requer uma explicação separada.) No início, as superfícies atraíam-se umas às outras, como ímanes. Isso ocorre porque as moléculas de água são dipolos e têm concentrações desiguais de cargas positivas e negativas. A extremidade positiva de uma molécula atrai a extremidade negativa de outra molécula. A atração do gelo causou a formação de pequenas soldas entre as superfícies deslizantes. À medida que as superfícies deslizavam umas contra as outras, as soldas se rompiam e novas soldas se formavam, mudando gradualmente a estrutura do gelo.
