Durante más de cien años, los escolares de todo el mundo han aprendido que el hielo se derrite cuando se aplican presión y fricción. Cuando sales a un pavimento helado en invierno, puedes resbalar debido a la presión ejercida por tu peso corporal a través de la suela de tu zapato (aún cálido). Pero resulta que esta explicación pierde la marca. Una nueva investigación realizada en la Universidad de Saarland revela que no es presión o fricción lo que hace que el hielo se vuelva resbaladizo, sino más bien la interacción entre los dipolos moleculares en el hielo y los de la superficie de contacto, como una suela de zapato.
Esta idea del profesor Müser y sus colegas Achraf Atila y Sergey Sukhomlinov anulan un paradigma establecido hace casi dos siglos por el hermano de Lord Kelvin, James Thompson, quien propuso que la presión y la fricción contribuyen a derretir el hielo junto con la temperatura.
«Resulta que ni la presión ni la fricción juegan un papel particularmente significativo en la formación de la delgada capa líquida en el hielo», explica Martin Müser. En cambio, las simulaciones por computadora del equipo revelan que los dipolos moleculares son los impulsores clave detrás de la formación de esta capa resbaladiza, lo que a menudo nos hace perder el equilibrio en invierno. Pero, ¿qué es exactamente un dipolo? Un dipolo molecular surge cuando una molécula tiene regiones de carga negativa positiva y parcial parcial, lo que le da a la molécula una polaridad general que apunta en una dirección específica.
Para comprender mejor lo que está sucediendo, es útil saber cómo se estructura el hielo. Bajo cero grados Celsius, las moléculas de agua (H2O) se colocan en una red de cristal altamente ordenada en la que las moléculas están alineadas cuidadosamente entre sí, creando una estructura sólida y cristalina. Cuando alguien pisa esta estructura ordenada, no es la presión o fricción resultante del zapato que interrumpe la capa superior de las moléculas, sino la orientación de los dipolos en la suela del zapato que interactúa con los que están en el hielo. La estructura previamente bien ordenada se vuelve desordenada de repente. «En tres dimensiones, estas interacciones dipolo-dipolo se» frustran «, dice Müser, refiriéndose a un concepto en física donde las fuerzas competidoras evitan que un sistema logre una configuración estable totalmente ordenada. A nivel microscópico, las fuerzas entre los dipolos en el hielo y aquellos en el material único del zapato interrumpen la estructura cristalina ordenada en la interfaz entre el hielo y el zapato, lo que hace que el hielo se desordene, amorfa y, en última instancia, líquido.
Además de revocar casi 200 años de conocimiento aceptado, la investigación del equipo también desacredita otro concepto erróneo. ‘Hasta ahora, se suponía que el esquí por debajo de -40 ° C es imposible porque simplemente es demasiado frío para que se forme una película líquida lubricante delgada debajo de los esquís. Resulta que eso también es incorrecto », explica el profesor Müser.
‘Las interacciones dipolo persisten a temperaturas extremadamente bajas. Sorprendentemente, una película líquida todavía se forma en la interfaz entre el hielo y el esquí, incluso cerca de Absolute Zero », dice Müser. Sin embargo, a temperaturas tan bajas, la película es más viscosa que la miel. Apenas lo reconoceríamos como agua y esquiar en él sería prácticamente imposible, pero la película existe.
Para alguien que está amamantando una lesión porque se resbaló y cayó en invierno, apenas importa si la presión, la fricción o los dipolos fueron culpables. Pero para la física, la distinción es crucial. Las implicaciones de este descubrimiento por parte del equipo de investigación de Saarland todavía se están desarrollando, y la comunidad científica se está dando cuenta.
