چرا یخ لغزنده است؟
فرض بر این است که یک سطح صاف لغزنده است در حالی که یک سطح خشن نیست. با این حال، این مسئله در مورد یخ صحیح نیست. یخ به دلیل صاف بودن آن نیست که لغزنده است، بلکه به این دلیل لغزنده است که نقطه ذوب آن با افزایش فشار کاهش می‌یابد.لغزش روی سطح صاف صیقلی بسیار راحت‌تر صورت می‌گیرد تا روی سطح صافی که صیقلی نیست. بنابراین، آیا نباید یخ صاف خیلی لغزنده تر از یخ‌های ناهموار باشد؟ با این حال، بر خلاف انتظار، یک سورتمه روی یخ‌های ناهموار بسیار راحت‌تر حرکت می‌کند تا روی یخ‌های صاف، و این موضوعی است که توسط مردم در سراسر جهان، وقتی که یک سورتمه را می‌کشند، مشاهده شده است. یخ به این علت لغزنده نیست که صاف است، بلکه به دلیل افزایش نقطه ذوب آن لغزنده است.
بیایید ببینیم چه اتفاقی می‌افتد وقتی یک سورتمه یا اسکیت را به حرکت در می‌آوریم. در اسکیت‌ها، ما کل وزن بدن خود را به مساحتی بسیار کوچک تحمیل میکنیم که در حدود چند میلی متر مربع است. به همین دلیل اسکیت باز فشار زیادی بر روی یخ وارد می‌کند. تحت فشار زیاد، یخ در دمای کمتری ذوب میشود.به عنوان مثال، اگر دمای یخ ۵ درجه زیر صفر باشد و فشار اسکیت بازها باعث کاهش ۶ یا ۷ درجه‌ای نقطه ذوب یخ در زیر اسکیت‌ها شود، این یخ ذوب میشود. از لحاظ نظری محاسبه شده است که برای کاهش یک درجه‌ای نقطه ذوب یخ، ما باید فشار نسبتاً قابل توجهی در حد ۱۳۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع را اعمال کنیم.آیا اسکیت باز یا سورتمه سنگین چنین فشارهایی را اعمال می‌کنند؟ اگر وزن اسکیت باز (یا سورتمه) را بر روی سطح تیغه‌های اسکیت (یا گردنده‌های سورتمه) توزیع کنیم، می‌فهمیم که فشار، بسیار کمتر از این مقدار است، این نشان می‌دهد که سطح تماس مستقیم با یخ خیلی کمتر از سطح کامل تیغه‌ها یا گردنده‌ها است.
{در محاسبات نظری ما باید این نکته را در نظر داشته باشیم که در روند ذوب، هم یخ و هم آب باید تحت فشار یکسانی قرار گیرند. در مواردی که توضیح داده شد، آب، که یخ به آن ذوب شده است، تحت فشار جو قرار می‌گیرد که در این صورت فشار بیشتری بر روی آن برای پایین آمدن نقطه ذوب یخ لازم است.}این امر لایه‌ای نازک از آب بین تیغه‌ها و یخ ایجاد می‌کند. جای تعجب نیست که اسکیت باز می‌لغزد یا به اصطلاح سُر می‌خورد. و به محض این که بیشتر حرکت کرد، همان عامل باز تکرار میشود. اسکیت باز به طور مداوم بر روی یک لایه نازک آب می‌لغزد. فقط یخ است که این خاصیت را دارد. تمام اجسام دیگر صاف هستند اما لغزنده نیستند.
چرا یخ‌های ناهموار نسبت به یخ‌های صاف لغزنده‌ترند؟
ما در حال حاضر فهمیدیم که وزن، هنگام وارد شدن روی یک مساحت کوچک‌تر فشار قوی‌تری اعمال می‌کند. چه زمانی انسان فشار بیشتری وارد می‌کند؟ روی یخ صاف؟ یا روی یخ‌های ناهموار؟ کاملاً بدیهی است که وی فشار بیشتری به یخ‌های دارای برآمدگی وارد می‌کند، زیرا در این حالت وزن او تنها توسط چند رأس از برآمدگی یخ تحمل میشود.هر چه فشار اعمال شده بیشتر باشد، یخ‌ها راحت‌تر ذوب می‌شوند و به تبع آن، لغزندگی بیشتر میشود، به شرط این که گردنده‌های سورتمه به اندازه کافی پهن باشند (این امر برای تیغه‌های اسکیت نازک صدق نمی‌کند زیرا در آن صورت انرژی حرکت بیشتر برای برش برآمدگی‌های یخ مصرف خواهد شد). این کاهش نقطه ذوب یخ ناشی از فشار، چیزهای دیگری را که در اطراف‌مان می‌بینیم نیز توضیح می‌دهد. به همین دلیل است که توده‌های یخ جدا شده در هنگام فشرده شدنِ قوی به یکدیگر مجدداً منجمد می‌شوند.پسرانی که گلوله‌های برفی را به طور ناخودآگاه پرتاب می‌کنند از این خاصیت استفاده می‌کنند. دانه‌های برفی جداگانه به هم می‌چسبند زیرا فشار اعمال شده برای تشکیل گلوله برفی، نقطه ذوب آنها را پایین می‌آورد. برای ساختن آدم برفی، ما دوباره این اصل را اعمال میکنیم.
همچنین تحت فشار بسیاری از پاها که در امتداد پیاده رو قدم می‌زنند، برف به تدریج به یک توده یخی جامد تبدیل میشود.آزمایشی در فیزیک هست که این تئوری را بیشتر تأیید می‌کند. یک سیم نازک فلزی را به حالت کاملاً کشیده روی یک قطعه یخ مماس کنید به گونه‌ای که سیم به طرف داخل یخ نیرو وارد کند. کشیدگی کامل سیم باید در تمام لحظات حفظ شود. روشن است که وضعیت آزمایش به گونه‌ای است که گویا سیم می‌خواهد یخ را ببرد و گویا انتظار داریم پس از اتمام این برش دو تکه یخ جدا از هم داشته باشیم. تحت فشار زیاد، یخ در دمای کمتری ذوب میشود.اما مشاهده خواهیم کرد که به مرور زمان سیم به تدریج در یخ نفوذ می‌کند و بالاخره از آن سوی یخ خارج میشود اما یخ همچنان یک تکه باقی می‌ماند. این به این علت است که سطح سیم بسیار کوچک است در حالی که نیرویی که روی آن به داخل یخ اعمال میشود زیاد است و در نتیجه فشار وارد بر یخ در محل تماس با سیم بسیار زیاد است که باعث میشود نقطه ذوب یخ کاهش یابد و یخ در محل تماس سیم ذوب شود و در آب ناشی از ذوب یخ سیم به داخل نفوذ کند و وقتی این فشار از روی آب ذوب شده برداشته شد مجددآً به خاطر برودت یخ، این آب منجمد شود.
تئوری دیگری برای توجیه لغزندگی یخ در مجامع علمی به تازگی مطرح شده است که برای مقایسه، آن را نیز اینجا مطرح میکنیم. در این تئوری گفته شده که مولکول‌های لایه روی سطح یخ پیوند ضعیف‌تری با مولکول‌های کریستالی داخل حجم یخ دارند و هنگامی که فشاری روی آنها اعمال میشود به راحتی از بقیه حجم یخ جدا می‌شوند و همچون یک بالشتک سیال بین حجم اصلی یخ و عامل فشار آورنده عمل می‌کنند و باعث شناوری یا سُر خوردن این عامل روی این بالشتک می‌شوند. درست مثل اینکه یک آکروباتیست بخواهد روی حجم وسیعی از تیله‌های گرد حرکت داشته باشد و مرتباً روی آنها بلغزد. البته این تئوری نیاز به کار بیشتر دارد چون هنوز نمی‌تواند این که سطوح ناهموار یخ لغزنده‌تر از سطوح صاف یخ هستند را توجیه کند و نیز شواهد آزمایشی کافی برای این تئوری ارائه نشده است.
یخ عبارت است از حالت جامد آب که چگالی ان ۰/۹ گرم در سانتی متر مکعب است و به همین جهت در مقایسه با شکل ابگون آن (با چگالی ۱ گرم در سانتی متر مکعب) سبک تر بوده و حالت شناور پیدا می کند. نقطه انتقال میان آب جامد و مایع در فشار، یک اتمسفر صفر درجه سانتی گراد و همچنین با صفر درجه سلسیوس تعریف می شود. یخ فرم جامد آب است. تقریباً حدود یک درصد سطح زمین به وسیله یخسارهای وسیعی مانند نواحی قطب جنوب و گروئنلند پوشیده شده که ضخامت آنها در بعضی از ۲۰۰۰ متر تجاوز می کند. یخ همچنین به شکل بلورهای کوچکی مانند ذرات برف و تگرگ و شبنم یخ زده دیده می شود. یخ با افزایش فشار دمای انجماد کاهش می یابد. در یخ مولکول های آب با پیوندهای هیدروژنی به همدیگر پیوسته اند.آیا یخ در طبیعت فقط بر اثر سرما ایجاد می شود برای اغلب مردم، درست كردن یخ كار ساده ای است: كافی است یك ظرف آب را در فریزر قرار دهیم. اما شیمیدانی به نام «یون می چوی» Eun Mi Choi و همكارانش در دانشگاه ملی سئول در كره جنوبی به این مسئله به گونه ای دیگر می نگرند. برای آنها درست كردن یخ از طریق كاهش دما تا زیر نقطه انجماد آب، آخرین گزینه محسوب می شود و نه اولین گزینه. این محققان ترجیح می دهند با قرار دادن آب در معرض میدان های الكتریكی یخ درست كنند.
چرا یخ لغزنده است؟
لایه نازک آب مایع در بالای یخ جامد باعث لغزندگی آن می شود. تحرک این لایه مایع باعث می شود که با وجود نازک بودن آن حرکت برروی آن مشکل شود.اما در این مورد توافق وجود ندارد که چرا یخ بر خلاف اغلب جامدات دیگر- دارای چنین لایه ای از شکل مایعش بر روی خودش است.دانشمندان مدت های درازی استدلال می کردند از آنجا که آب دارای این خاصیت غیرمعمول است که در شکل جامدش تراکم کمتری نسبت به شکل مایعش دارد، با افزایش فشار می توان نقطه ذوب آ ن را پایین آورد.با وجود اینکه این نظر صحیح است، اما حتی نوک تیز ترین اسکیت ها هم نقطه ذوب را تنها چند درجه بالا می برند و نظریه فشار نمی تواند وجود لایه آب بر روی یخ را توجیه کند، مگر اینکه یخ قبلا به قدر کافی گرم شده باشد.قضیه دیگری باید در کار باشد. برخی از تحقیقات بیانگر آن است که اصطکاک ناشی از کفش، اسکیت یا تایر در حال حرکت حرارت لازم برای ذوب یخ را فراهم می کند.نظریه دوم پیشنهاد می کند یخ ذاتا دارای یک لایه مایع است، که ناشی از حرکت مولکول های سطحی آن است که در بالای خود دیگر مولکولی برای وصل شدن ندارند و بنابراین برای پایدار شدن به اطراف حرکت می کنند.شاید هم لغزندگی یخ را باید به ترکیبی از این دو نظریه مربوط باشد.
