Waarom Is Ijs Glad?

{h1}

De reden waarom ijs glibberig is, is een beetje verrassend en compleet fascinerend.

Voor degenen die in koudere klimaten leven, definieert glad ijs de winter: op ijsbanen, op bevroren vijvers en op gevaarlijk gladde wegen en trottoirs.

Maar waarom is ijs zo glad?

Het blijkt dat wetenschappers tot voor kort het antwoord op die simpele vraag niet echt wisten. Maar nieuw onderzoek heeft aangetoond dat de gladheid van ijs te wijten kan zijn aan "extra" moleculen op het oppervlak van het ijs. [The Mysterious Physics of 7 Everyday Things]

Oude theorieën hebben geen zin

Omdat ijs minder dicht is dan vloeibaar water, wordt het smeltpunt ervan verlaagd bij hoge drukken. Een aloude theorie zegt dat dit is wat ervoor zorgt dat ijs glad wordt: als je erop stapt, zorgt de druk van je gewicht ervoor dat de bovenste laag smelt in water.

"Ik denk dat iedereen het erover eens is dat dit onmogelijk kan zijn", vertelde Mischa Bonn, directeur van de afdeling moleculaire spectroscopie aan het Max Planck Institute for Polymer Research in Duitsland, aan WordsSideKick.com. "De druk zou zo extreem moeten zijn, je kunt het niet eens bereiken door een olifant op hoge hakken te zetten."

Een andere theorie zegt dat de hitte gecreëerd door wrijving wanneer je over het ijs beweegt, de laag water produceert. IJs is echter niet alleen glad als je in beweging bent, zoals iedereen die voor het eerst op een ijsbaan probeert te staan ​​snel ontdekt.

Zelfs als door druk of wrijving het ijs zou smelten, zou een laag water dan de gladheid kunnen verklaren? Daniel Bonn, natuurkundige aan de Universiteit van Amsterdam, denkt van niet.

"De water-laag theorie heeft niet veel zin," vertelde Bonn WordsSideKick.com. "Als je wat water op je keukenvloer morst, wordt het glad maar niet erg glad... Alleen een laagje water zal het niet doen."

Losse moleculen

Mischa en Daniel Bonn, die broers zijn, publiceerden op 9 mei een artikel in de Journal of Chemical Physics dat de oppervlakte van ijs beschrijft. In plaats van een laag vloeibaar water op het oppervlak van ijs, vonden ze, waren er losse watermoleculen. Mischa Bonn vergeleek het met een dansvloer die is "gevuld met knikkers of kogellagers." Slippen over het oppervlak van het ijs is eenvoudigweg "rollen" op deze moleculaire knikkers.

IJs heeft een zeer regelmatige, nette kristalstructuur, waarbij elk watermolecuul in het kristal aan drie andere is bevestigd. De moleculen aan het oppervlak kunnen echter alleen aan twee andere worden gehecht. Omdat ze zo zwak gebonden zijn aan het kristal, kunnen deze moleculen op het oppervlak tuimelen en zich vasthechten en losmaken op verschillende plaatsen op het kristal terwijl ze bewegen.

Hoewel slippen op ijs wordt veroorzaakt door het feitelijk omrollen van deze watermoleculen, is deze laag moleculen niet hetzelfde als een laag vloeibaar water. Deze moleculen en de gladheid bestaan ​​bij temperaturen ver beneden het vriespunt van het water. In feite laat de manier waarop deze moleculen zich zo vrij bewegen en diffuus over het oppervlak komen ze er eigenlijk meer als een gas uitzien, zei Daniel Bonn.

"Voor mij is het een gas - een tweedimensionaal gas in plaats van een driedimensionale vloeistof", vertelde hij WordsSideKick.com.

Maar als ijs glibberig is vanwege losse oppervlaktemoleculen, is ijs dan uniek glad? Niet echt, zei Martin Truffer, hoogleraar natuurkunde aan de universiteit van Alaska, Fairbanks. Het is niet zozeer de aard van ijs die uniek is, maar eerder onze relatie ermee, zei hij.

"Wat ongebruikelijk is aan ijs, is dat we het meestal zo dicht bij het smeltpunt tegenkomen", vertelde Truffer aan WordsSideKick.com. "Het is echt het enige materiaal waar we de gasfase, de vloeibare fase en de vaste fase hebben binnen het normale klimaatbereik waarin we leven."

Truffer, die in Fairbanks (Alaska) woont, heeft heel ver van het smeltpunt ijs ervaren: wanneer het min 40 graden Fahrenheit (minus 40 graden Celsius) wordt, wordt de sneeuw "als schuurpapier." Truffers waarneming komt overeen met wat de Bonns vonden. Bij ultralaag temperaturen hebben de moleculen aan het oppervlak niet zoveel energie om te breken en creëren ze bindingen als ze rond rollen, dus het ijs wordt niet glad.

De temperatuur voor maximale gladheid, volgens hun onderzoeksgegevens, is ongeveer 19 graden F (minus 7 graden C).

Maar sommige mensen wisten dat al; het is de temperatuur die de meeste indoorspeed-schaatsbanen al jaren gebruiken.

Oorspronkelijk artikel op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Glad ijs.




Onderzoek


Pork Makeover: New Push For Dark Meat
Pork Makeover: New Push For Dark Meat

Langley, Samuel Pierpont
Langley, Samuel Pierpont

Science Nieuws


Dinosaurus Staartzwepen Kunnen Een Geluidsbarrière Hebben Gekraakt
Dinosaurus Staartzwepen Kunnen Een Geluidsbarrière Hebben Gekraakt

Flessen, Fopspenen En Sippy Cups Kunnen Tots Naar De Er Sturen
Flessen, Fopspenen En Sippy Cups Kunnen Tots Naar De Er Sturen

Nieuwe Draai Onthuld Op Mysterieuze Antimaterie
Nieuwe Draai Onthuld Op Mysterieuze Antimaterie

De Vroege Lente Is Slecht Nieuws Voor Vlinders
De Vroege Lente Is Slecht Nieuws Voor Vlinders

Kunnen Gasexplosies Bermuda Triangle Mystery Verklaren?
Kunnen Gasexplosies Bermuda Triangle Mystery Verklaren?


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com