¿Qué hace que el hielo sea resbaladizo?

Question

He escuchado y leído (en múltiples ocasiones) dos teorías que han estado rondando desde hace tiempo, ambas con evidentes tonterías.

Uno de ellos afirma que la presión y la fricción hacen que el hielo se derrita (se convierta en agua) donde la cuchilla del patinador entra en contacto con él. Esto es una tontería patente, ya que un disco que pesa muy poco, o un lápiz que no pesa casi nada, se deslizan por el hielo tan bien como cualquier patinador. Además, me cuesta creer que la temperatura del hielo (varios grados por debajo del punto de congelación) pueda saltar de repente varios grados en la fracción de segundo que tarda el patín en entrar y salir del contacto con él.

La otra teoría es que la propia superficie del hielo tiene las mismas cualidades que el agua debido a que algunas moléculas de hidrógeno siguen buscando su hogar. Esto también es una tontería: vierte agua sobre un suelo de hormigón e intenta patinar sobre él; a ver hasta dónde llegas.

Así que mi pregunta es: ¿por qué el hielo es resbaladizo?

Answer 1

Esta es una pregunta que ha sido de interés desde 1850, y he encontrado un papel que resume muy bien algunas de las hipótesis que usted mismo enumeró, así como lo que se considera cierto. Lo he parafraseado a continuación.

Michael Faraday fue el primero en proponer que existe una película de agua sobre el hielo que se congela al entrar en contacto con otros trozos de hielo, pero que permanece líquida por sí misma. Aunque llevó a cabo varios experimentos que apoyaban sus afirmaciones, la mayoría de los cuales consistían en pegar dos trozos de hielo, sus ideas fueron en gran medida descartadas hasta que C. Gurney sugirió también que esta película de agua desempeñaba un papel en el carácter resbaladizo del hielo.

Gurney planteó la hipótesis de que las moléculas, intrínsecamente inestables en la superficie debido a la falta de otras moléculas por encima de ellas, migran hacia el grueso del sólido hasta que la superficie se vuelve inestable, lo que provoca la formación de la fase líquida. Esto se aceptó, y Charles Hosler recopiló pruebas muy convincentes sobre las fuerzas necesarias para separar las esferas de hielo. Descubrió que a presiones de vapor inferiores a la saturación del hielo, no se producía ninguna adhesión por debajo de $-4\:^{\circ} \mathrm{C}$ . De ello dedujeron que la rugosidad esperada de las superficies era eliminada por la presencia de una película líquida cuyo espesor era suficiente para proporcionar una superficie de contacto lisa.

Se realizaron más experimentos tratando de determinar el grosor exacto de la película de agua a diferentes temperaturas, y se comprobó que el fenómeno se producía incluso a temperaturas inferiores a $-22\:^{\circ} \mathrm{C}$ .

Esta es una representación del aspecto de la superficie del hielo a nivel molecular.

---

Rosenberg, R. ¿Por qué resbala el hielo? Phys. Today Physics Today. 2005, 58, 50-54.

Answer 2

Para conocer lo último sobre esto, sugiero leer aquí: http://phys.org/news/2015-12-theory-ice-slippery-behavior.html

El extracto clave es:

"El resultado más importante es que he construido una ley fenomenológica de esfuerzo cortante que es capaz de explicar la fricción del hielo en función de la velocidad de deslizamiento y la temperatura en una amplia región de velocidad y temperatura", dijo Persson.

El autor está de acuerdo con el pre-fundición teoría, sino que trata de ampliarla para enterrado superficies que son difíciles de estudiar debido a su naturaleza enterrado .