Nghiên cứu mới thách thức giả thiết tồn tại 200 năm qua về lý do băng trơn trượt

Các nhà nghiên cứu Đức đã thách thức giả thiết tồn tại 200 năm, tiết lộ rằng áp lực và ma sát không phải nguyên nhân khiến băng trơn trượt - những gì đã được dạy trong môn vật lý trên khắp thế giới.

Nhóm nghiên cứu, do tiến sĩ Martin Muser - làm việc tại Đại học Saarland (Đức) - dẫn dắt, đã phát hiện lưỡng cực phân tử mới là lý do thật sự khiến con người, động vật và máy móc mất thăng bằng trên băng, theo trang Interesting Engineering ngày 5-9.

Kết luận này đã đảo ngược giả thiết được nhà vật lý người Anh James Thomson đề ra vào hai thế kỷ trước, cho rằng cùng với nhiệt độ, áp lực và ma sát cũng góp phần làm tan băng.

Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng trong nhiều thế hệ, lời giải thích phổ biến cho lý do băng trơn trượt chỉ tập trung vào áp lực và ma sát: sự kết hợp giữa trọng lượng cơ thể và độ ấm đế giày tạo đủ áp lực khiến bề mặt băng tan chảy, dẫn đến trượt và té ngã.

"Hóa ra cả áp lực lẫn ma sát đều không đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành lớp chất lỏng mỏng trên bề mặt băng", ông Muser cho biết.

Theo nghiên cứu mới, chính tương tác giữa các lưỡng cực phân tử (xảy ra khi sự phân bổ electron không đồng đều giữa các nguyên tử trong một phân tử) trong băng và trên bề mặt tiếp xúc, chẳng hạn đế giày, mới phá vỡ cấu trúc của băng và khiến băng trơn trượt.

Nhóm cũng xem xét kỹ cách băng hình thành để hiểu hơn về hiện tượng này. Dưới điểm đóng băng (freezing point), các phân tử nước tạo thành một mạng tinh thể cứng và có trật tự cao, giúp băng có cấu trúc và cứng.

Khi một người bước trên bề mặt băng, không phải áp lực hay ma sát khiến băng trở nên trơn trượt, mà đó là tương tác giữa các lưỡng cực phân tử trong đế giày và trong băng. Sự tiếp xúc này phá vỡ cấu trúc tinh thể có trật tự cao, khiến nó trở nên không ổn định và trơn trượt.

Ở cấp vi mô, sự bất ổn định tại mặt tiếp xúc giữa giày và băng phá hỏng mạng tinh thể, khiến nó hỗn loạn, không kết tinh và cuối cùng trở thành dạng lỏng.

Ngoài ra, nghiên cứu cũng vạch trần một quan niệm sai lầm khác khi cho rằng không thể trượt tuyết dưới - 40 độ C - nhiệt độ quá lạnh nên không thể hình thành lớp màng lỏng trên bề mặt băng tuyết giúp ván dễ trượt.

Theo nhóm nghiên cứu, tương tác lưỡng cực vẫn tồn tại ở nhiệt độ cực thấp. Lớp màng lỏng vẫn hình thành giữa băng và ván trượt ngay cả khi gần độ không tuyệt đối (- 273,15 độ C). Lớp màng sẽ đặc hơn mật ong ở nhiệt độ đó và khó trượt tuyết.