«Γλίστρησε» το μυστικό του πάγου

Γιατί ο πάγος γλιστράει; H ερώτηση μοιάζει τόσο απλή και οι επιστήμονες που
ασχολούνται με τη Φυσική προσπαθούν εδώ και καιρό να δώσουν μια εξίσου απλή
απάντηση. Μέχρι τώρα, απλώς δεν το καταφέρνουν!

Ο πάγος είναι ένα σώμα σε στερεά κατάσταση. Όσο και να προσπαθήσει όμως
κάποιος να τσουλήσει με τη βοήθεια μεταλλικών λεπίδων σε άλλα αντίστοιχα
στερεά σώματα, όπως το γυαλί, το ξύλο και το μπετόν, το μόνο που θα καταφέρει
είναι να σκουντουφλήσει από το πρώτο κιόλας βήμα.

Ο Ρόμπερτ Ρόζενμπεργκ, ο οποίος είναι επίτιμος καθηγητής Χημείας στο
Πανεπιστήμιο Lawrence, στο Άπλετον του Ουισκόνσιν των ΗΠΑ, λέει στην εφημερίδα
«The New York Times» ότι ο πάγος είναι ένα πολύ μυστήριο στερεό σώμα.
Προσθέτει δε ότι η πιο διαδεδομένη εξήγηση που υπάρχει σήμερα για την
ολισθηρότητα του πάγου διατυπώθηκε σχεδόν πριν από έναν αιώνα. Εμφανίζει όμως
πολλά κενά.

H πυκνότητα. H συγκεκριμένη εξήγηση πηγάζει από μία ασυνήθιστη ιδιότητα
του νερού. Στη στερεά μορφή του ο πάγος έχει μικρότερη πυκνότητα απ’ ό,τι το
νερό στη ρευστή του κατάσταση. Γι’ αυτόν τον λόγο ένα κομμάτι υδάτινου πάγου
επιπλέει στο νερό, ενώ ένα παγάκι από αλκοόλ, που καταψύχεται σε θερμοκρασία
-78 βαθμών Κελσίου, μόλις ριχτεί σε ένα ποτήρι που περιέχει κάποιο
οινοπνευματώδες ποτό θα καταλήξει στον πάτο. Σύμφωνα με την επικρατούσα
θεωρία, η χαμηλή πυκνότητα του πάγου τον αναγκάζει να λειώσει γρηγορότερα,
εφόσον πιεστεί. Συνήθως, ο πάγος λειώνει στους 0 βαθμούς Κελσίου.

H ίδια θεωρία λέει ότι η πίεση που ασκείται κατά μήκος της λεπίδας μειώνει τη
θερμοκρασία τήξης του ανώτερου στρώματος του πάγου. Ο πάγος λειώνει και το
παγοπέδιλο γλιστρά πάνω σε ένα λεπτό στρώμα νερού, το οποίο όμως ξαναπαγώνει
αμέσως μόλις ο παγοδρόμος περάσει. Ο P. Ρόζενμπεργκ όμως διαφωνεί και
υποστηρίζει ότι η πίεση που ασκεί η λάμα του παγοπέδιλου στον πάγο είναι πολύ
μικρή για να θεωρήσουμε ότι σε αυτήν οφείλεται το φαινόμενο της ολίσθησης.

Ένας άνθρωπος, βάρους περίπου 70 κιλών, όταν στέκεται στον πάγο φορώντας
παγοπέδιλα ασκεί 3,5 κιλά πίεσης ανά τετραγωνικό εκατοστό πάγου. (Μια κοινή
λάμα παγοπέδιλου, που δεν είναι κοφτερή, έχει πάχος περίπου 0,30 χιλιοστά και
μήκος 30 εκατοστά. H μία λάμα καλύπτει 10 τετραγωνικά εκατοστά πάγου, ενώ και
οι δύο μαζί 20 εκατοστά).

Τα 3,5 κιλά πίεσης που ασκούνται ανά τετραγωνικό εκατοστό πάγου ελαττώνουν τη
θερμοκρασία τήξης του πάγου μόλις κατά 0,1 βαθμό Κελσίου. Επομένως, η
δικαιολογία ότι η πίεση λειώνει τον πάγο και γι’ αυτό γλιστράμε δεν είναι
πειστική. Οποιοσδήποτε άνθρωπος που φοράει ένα κανονικό παπούτσι, το οποίο
έχει μεγαλύτερη επιφάνεια από τη λάμα του παγοπέδιλου και άρα ασκεί μικρότερη
πίεση, εξακολουθεί να κινδυνεύει να γλιστρήσει στον πάγο.

Τριβή και θερμότητα. Κάποιοι επιστήμονες θεωρούν ότι η ολισθηρότητα του
πάγου οφείλεται στην τριβή. Λένε ότι η τριβή που δημιουργεί η λεπίδα ή η σόλα
του παπουτσιού κατά την επαφή της με τον πάγο, τον θερμαίνει και τον
ρευστοποιεί σχηματίζοντας έτσι πάνω του μια γλιστερή επίστρωση. Άλλοι
διαφωνούν με τη θέση αυτή, λέγοντας ότι ακόμη κι αν ένας παγοδρόμος μείνει
ακίνητος στον πάγο, χωρίς να δημιουργείται τριβή από την κίνησή του, πάλι θα
γλιστρήσει. Αντιθέτως, ισχυρίζονται ότι το μυστικό βρίσκεται στα μόρια του
νερού. Ειδικότερα υποστηρίζουν ότι τα μόρια που βρίσκονται στο ανώτερο στρώμα
πάγου πάλλονται περισσότερο επειδή δεν υπάρχουν άλλα μόρια από πάνω τους για
να τα συγκρατούν. Έτσι, παραμένουν σε ρευστή κατάσταση ακόμη κι αν η
θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλότερη από το σημείο πήξης.

Ο πάγος που ποτέ δεν… παγώνει

Οι παγοδρόμοι γλιστρούν με ιδιαίτερη ευκολία στον πάγο, αλλά ουδείς ειδικός μπορεί να εξηγήσει το γιατί

H αντίληψη ότι ο πάγος διαθέτει από μόνος του μια υγρή επίστρωση είναι
αρκετά παλιά. Σχηματίστηκε αρχικά από τον φυσικό Μάικλ Φάραντεϊ το 1850,
ύστερα από ένα απλό πείραμα. Πίεσε μεταξύ τους δύο κομμάτια πάγου και αυτά
συντήχθηκαν. Το 1996, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Berkeley βομβάρδισαν την
επιφάνεια ενός κομματιού πάγου με ηλεκτρόνια και παρατήρησαν το πώς αυτά
αναπηδούσαν. Διαπίστωσαν ότι σε θερμοκρασίες μικρότερες από -110 βαθμούς
Κελσίου υπήρχε μια επίστρωση που έμοιαζε να είναι σε ρευστή κατάσταση. Δύο
χρόνια αργότερα, Γερμανοί επιστήμονες έκαναν ένα παρόμοιο πείραμα με άτομα από
ήλιον και τα αποτελέσματά τους ήταν αντίστοιχα με εκείνα των Αμερικανών. Ο δρ
Μιγκέλ Σαλμερόν από το Πανεπιστήμιο Berkeley θεωρεί ότι το ανώτερο στρώμα
πάγου, ακόμη κι αν είναι σε ρευστή κατάσταση, έχει πολύ μικρή συμβολή στο
φαινόμενο της ολισθηρότητας. Ο ίδιος πιστεύει ότι πρωταρχικό ρόλο παίζει η
τριβή, δεν βάζει όμως το χέρι του στη φωτιά. «Δεν το πιστεύω ότι συζητάμε αυτό
το πράγμα, εν έτει 2006!..».

Τα πολλά πρόσωπα του νερού

Το νερό, Η2Ο, μοιάζει να είναι ένα απλό μόριο: δύο άτομα υδρογόνου
συνδεδεμένα με ένα κεντρικό άτομο οξυγόνου σε σχήμα «V». Στον πάγο που
αντικρύζουμε συχνά, τον οποίο οι επιστήμονες αποκαλούν «πάγο Ih», τα μόρια του
νερού σχηματίζουν μια εξαγωνική διάταξη. Γι’ αυτό και οι νιφάδες του χιονιού
έχουν εξαγωνικό σχήμα. Ένα άλλο είδος πάγου, που λέγεται «πάγος Ic», βρίσκεται
σε παγοκρυστάλλους. Αυτοί αιωρούνται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας,
σχηματίζοντας δομές κυβικού σχήματος. Σε περιβάλλοντα όπου επικρατούν υψηλές
πιέσεις, η συνηθισμένη εξαγωνική δομή του πάγου διαλύεται και οι σύνδεσμοι
επαναπροσδιορίζουν τη διάταξή τους σε πιο συμπαγείς, κρυσταλλικές δομές που
χαρακτηρίζονται, ανάλογα με τον τύπο τους, με λατινικούς χαρακτήρες. Πάγος ΙΙ,
ΙΙΙ, IV κ.λπ. Οι επιστήμονες έχουν επίσης ανακαλύψει αρκετές μορφές πάγου στις
οποίες τα μόρια του νερού αναδιατάσσονται χωρίς προκαθορισμένο τρόπο. Όταν
λοιπόν ανακαλυφθούν όλα τα μυστικά του πάγου, ίσως δοθεί απάντηση και στο
γιατί γλιστράει…

Επιμέλεια: Στέφανος Κρίκκης, Εύη Ελευθεριάδου