Dlaczego lód jest śliski?

Zima nas nie rozpieszcza. Przynajmniej w centralnej Polsce na razie mamy temperatury dodatnie, ale w Tatrach, Sudetach, Beskidach, czy dalszych górach śnieg jest. To dobra informacja dla tych, którzy jadą w czasie ferii na narty. Zarówno oni, jak i ci, którzy korzystać będą tylko z dzielnicowego lodowiska, powinni znać odpowiedź na jedno, bardzo istotne pytanie: dlaczego lód jest śliski?

To pytanie może sobie zadać każdy, kto choć raz miał na nogach łyżwy czy narty, ale również i ten, który choć raz wywinął orła na oblodzonym chodniku. Jak to się dzieje, że można przejechać się na butach po zamarzniętej kałuży nawet kilka metrów, a na asfalcie czy ziemi – nie da się już tej sztuczki powtórzyć?

Zazwyczaj mówi się, że za śliskość lodu odpowiada zjawisko topnienia lodu pod wpływem dużego nacisku (ciśnienia). Okazuje się jednak, że w zdecydowanej większości przypadków ciśnienie wywierane przez łyżwę, czy but jest zdecydowanie za niskie, żeby roztopić lód w typowych warunkach. Za śliskość lodu odpowiada tak naprawdę kilka zjawisk fizycznych. W pewnych warunkach rzeczywiście może dojść do stopienia wierzchniej warstwy lodu, lecz to nie główna przyczyna śliskości lodu. Inną przyczyną śliskości lodu jest efekt tarcia – szybki ruch na powierzchni lodu może podnosić jego temperaturę, topić go i powodować, że jego powierzchnia staje się śliska. Podobnie jak poprzednio jednak, zjawisko to również nie jest główną przyczyną śliskości lodu. Czyli co?

Już wyjaśniamy. Cząsteczki wody na powierzchni kryształu lodu zachowują się inaczej niż te w głębi kryształu. Cząsteczki przy powierzchni, ze względu na to, że z jednej strony nie ogranicza ich sieć krystaliczna, są znacznie bardziej swobodne od reszty cząsteczek H₂O. Cząsteczki na granicy lód-powietrze to nie są cząsteczki cieczy, ale ich mobilność różni je również od cząsteczek w centrum kryształu. To właśnie te „luźne” cząsteczki są główną przyczyną śliskości lodu! Jak z bliska wyglądają śniegowe gwiazdki – mogą się przekonać członkowie SmartBee Club w zestawie eksperymentalnym Śniegologia. Znajdą w nim specjalną kartę rozszerzonej rzeczywistości, przy jej pomocy będą mogli obejrzeć je w trójwymiarze.

Bardzo ciekawym przykładem, który pomoże zrozumieć to zjawisko jest curling – popularna w północnych krajach dyscyplina sportu. Polega ona na przesuwaniu ciężkich, okrągłych kamieni po lodowym torze do odpowiedniego punktu. Zawodnicy, aby zwiększyć prędkość kamienia lub zmienić jego kierunek, pocierają lód specjalnymi szczotkami. W ten sposób wygładzają lód i zwiększają miejscowo jego temperaturę, co z kolei powoduje zwiększenie mobilności cząsteczek H₂O na powierzchni. Dzięki temu kamień lepiej się ślizga, nabiera tempa lub sunie w określonym przez gracza kierunku. Odłożenie szczotek natomiast spowalnia ruch kamienia.

I jeszcze jedno: każdy doświadczony narciarz wie, że czasem deski „same jadą”, a czasami stają w miejscu nawet na stromym stoku, a narty nie są do niego ustawione prostopadle.

Kiedy narty są szybsze, a kiedy wolniejsze wyjaśnia ekspert Smartbee dr Krzysztof Hyżorek

To, jak szybko poruszamy się na stoku zależy od śliskości podłoża oraz od śliskości samych nart. Śliskość śniegu zależy do kilku czynników: tego, czy śnieg jest świeży, czy też leży od wielu dni, tego jaką ma temperaturę, tego czy jest to śnieg naturalny, czy sztuczny. Wszystkie te czynniki wspólnie wpływają na strukturę śniegu, ale w różnych konfiguracjach mogą przynosić różne efekty. Dla przykładu, śnieg padający w temperaturze bliskiej zera może szybko się topić i być dzięki temu bardzo śliski, choć może się też kleić do nart i utrudniać przejazd.  Za to śnieg padający przy bardzo niskiej temperaturze (np. -20ºC) może składać się z ostrych kryształków, które pod nartami wydają się „tępe” i bardzo trudno po nich jeździć. Do najszybszych rodzajów śniegu dla narciarzy należą:

• firn – duże, nie połączone ze sobą, nieregularne ziarna lodu, pomiędzy którymi znajduje się dużo powietrza;
• śnieg ziarnisty – tworzący gęstą warstwę na stoku;
• puch śnieżny – lekki, suchy śnieg, który „kurzy się” za nartami.

W jaki sposób stworzyć sztuczny śnieg (również śliski, ale za jego śliskość odpowiada woda w stanie płynnym, a nie struktura jej cząsteczek) członkowie SmartBee Club przekonają się korzystając z zestawu Śniegologia. Do jego powstania potrzebna będzie woda z kranu i specjalnie dołączona substancja chemiczna.

Drugim czynnikiem, który wpływa na jazdę na stoku są same narty – im bardziej śliskie, tym szybszy zjazd. Do polepszenia poślizgu stosuje się smary, które z jednej strony prowadzą do szybszego roztapiania się śniegu pod nartami, a z drugiej wzmacniają poślizg powierzchni samych nart. Jeśli nie mamy przy sobie profesjonalnego smaru, wystarczy przed zjazdem przetrzeć narty płynem do mycia naczyń. Kolejna ważna sprawa, to ostrzenie nart. Świeżo naostrzone dają dodatkowy poślizg. Dlaczego? To proste – kiedy jeździmy na ostrych krawędziach, to taką samą masą naciskamy na mniejszą powierzchnię śniegu, ciśnienie wtedy jest większe, śnieg szybciej zmienia swoją strukturę i zwiększa się poślizg.