Ciencia Patinar sobre hielo, una actividad científicamente inexplicable

  1. #1
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    Patinar sobre hielo, una actividad científicamente inexplicable



    Cada invierno miles y miles de personas recorren las pistas de hielo, extraños a estar ensayando uno de los misterios más extraños de la química. Y es que hoy, no sabemos precisamente de qué forma marcha el patinaje sobre hielo desde cierto punto de vista microscópico.El patinaje sobre hielo no es exactamente una actividad reciente. En Suiza se han encontrado restos de patines con una antigüedad de más de 3 mil años, que dejaban a nuestros ancestros desplazarse mediante los lagos helados a lo largo del invierno para apresar. Esta actividad pragmática evolucionó a una disciplina artística desde el siglo XVIII, instante en el que la aristocracia holandesa comenzó a concebir zapatetas y figuras para efectuar una suerte de ballet sobre hielo. Esta evolución concluyó con la introducción del patinaje artístico como deporte en los Olimpiadas de Invierno en 1924.

    La paradoja del hielo

    En los últimos 2 siglos, múltiples científicos han estudiado el patinaje desde cierto punto de vista científico, trazando hipótesis sobre de qué forma los patinadores pueden deslizarse sobre el hielo a tanta velocidad. Y no es una labor fácil. El primordial inconveniente es que, pese a lo que nos dicta la intuición, el hielo no es escurridizo.Si tomamos un cubito de hielo del congelador de casa, notaremos que el hielo puede ser cogido con sencillez y tiene una superficie áspera. Además de esto, si mirásemos la superficie del hielo con un microscopio veríamos que no es plana, sino en el proceso de congelación se forman pequeños cristales que, como esquirlas, complican incluso más que el hielo sea deslizante.Pasados unos momentos, el hielo comienza a fundirse entre nuestros dedos y se vuelve escurridizo. El culpable no es el hielo, sino más bien la fina capa de agua liquida que se forma alrededor del mismo mientras que se funde. Esta agua líquida es capaz de lubrificar el espacio entre nuestros dedos y el hielo, favoreciendo el deslizamiento. En 1859 el científico Michael Faraday se dio cuenta de este hecho, declarando que los patinadores podían deslizarse merced a la fina capa de agua que se formaba entre el hielo y el patín.Pero si bien la presencia de esta capa de agua existe, como puede revisar cualquiera al tocar una pista de hielo, la conclusión de Faraday es objeto de discute en la comunidad científica. Esencialmente hay 2 problemas: no tenemos claro por qué razón se forma esa capa de agua, y no comprendemos por qué razón esa agua es capaz de deslizar a un patinador.El primer inconveniente es de dónde sale esa capa de agua. En las pistas de hielo artificiales que podemos localizar en un centro comercial la temperatura exterior es mayor de cero grados centígrados, y el proceso de fusión del hielo puede ser afín al del cubito que hemos cogido. Mas las pistas de hielo del pasado siglo no eran artificiales, sino más bien lagos helados a temperaturas en negativo. Bajo estas condiciones, el hielo bajo los patinadores no debería fundirse, puesto que la temperatura del aire de su alrededor prosigue favoreciendo que el hielo continúe congelado, tal y como si el cubito jamás hubiese salido del congelador.El propio Faraday se dio cuenta de esta paradoja, y planteó como explicación la minoración del punto de fusión del hielo bajo la presión del patinador. Todos sabemos que el hielo se funde a los cero grados centígrados, mas ese valor puede mudar conforme la presión a la que se lo someta. Si el hielo padece altas presiones, puede continuar líquido a temperaturas menores de cero y producir la capa de agua líquida. Mas da lo mismo cuantas veces se hagan las cuentas: la presión que ejercita un patinador contra el hielo es demasiado pequeña para mudar el punto de fusión del hielo significativamente.Otra explicación posible se fundamenta en el calor generado por la rozamiento del patín contra el hielo, afín al calor que sentimos si nos frotamos las manos con velocidad. Este pequeño aporte de calor sería suficiente para poder fundir el hielo, y explicaría por qué razón los patinadores van ganando más velocidad conforme patinan más tiempo seguido, puesto que la cuchilla va calentándose más, favoreciendo la aparición de la película de agua. Esta explicación es la más apoyada hoy por los físicos, mas se sabe que es incompleta, puesto que no habría de ser posible patinar a temperaturas menores de 20°C por el hecho de que contrarrestaría el efecto del aporte de calor… y no obstante se puede.Por lo tanto, el misterio de la procedencia de la capa de agua prosigue en activo. Mas afortunadamente una investigación reciente ha aportado contestaciones al segundo misterio: por qué razón esa capa de agua deja deslizar al patinador.

    La extraña capa de agua

    En este caso el inconveniente es que el agua no habría de ser un buen lubrificante. Las substancias que acostumbramos a concebir como escurridizas tienen algo en común: son viscosas. Podemos meditar en la grasa del motor o bien en el aceite de oliva. La viscosidad es una propiedad que refleja la capacidad de interacción entre las moléculas en un mismo líquido. Si este es viscosísimo, las moléculas continúan más unidas y el líquido se desplaza y vierte más de manera lenta. Para un lubrificante, una alta viscosidad es indispensable para continuar entre los 2 objetos que debe deslizar. Si la viscosidad es bajísima, las moléculas se van a ver apartadas por la fricción y los 2 objetos van a entrar en contacto.En este sentido, el agua no tiene una alta viscosidad para ser un buen lubrificante. No podemos patinar en una calle sutilmente mojada ni nos resbalamos con sencillez en el suelo de nuestra casa cuando esta recién fregado. En esos casos, la fina capa de agua se escapa por los dos lados de nuestros pies, eludiendo que nos resbalemos salvo cuando la capa de agua es singularmente grande.Para explicar el motivo por el que el agua marcha bien como lubrificante, un equipo de científicos franceses decidió estudiar de manera directa las propiedades de la capa de agua que se forma bajo los patines. Para hacerlo, conectaron un diapasón a una pequeña bola de metal de unos pocos milímetros de diámetro. Esta bola entra en contacto con una superficie de hielo, formando una suerte de patín en miniatura. Al hacer vibrar el diapasón, el patín se desliza por el hielo una distancia suficientemente pequeña para no generar calor, mas suficientemente grande para formar una capa de agua entre el hielo y el patín, de la que podían conocer sus propiedades mecánicas registrando los movimientos del diapasón y el patín.Los resultados mostraron algo sorprendente, y es que las propiedades de la capa de agua no coincidían con el agua líquida ni con el hielo, sino formaba un estado intermedio, mezcla de los dos. El agua en este estado tiene una viscosidad mayor que el agua liquida mas un rozamiento menor que el hielo, que son exactamente las condiciones ideales para un buen lubrificante que deje deslizar al patinador sobre el hielo.Las dudas semeja que se multiplican en lugar de reducir. ¿De qué manera se forma este estado intermedio? Ese es la meta actual de este equipo. Lo único que semeja claro es que ha de ser un proceso relacionado con la propia estructura de las moléculas de agua, puesto que al probar el patín con otros compuestos químicos congelados no llega a formarse esta capa media, confirmando que solo podemos patinar sobre ciertos compuestos químicos.Si conseguimos comprender este proceso, no solo resolveremos un misterio de siglos de antigüedad, sino vamos a poder aprovechar esa capa media en la fabricación de lubrificantes mecánicos más económicos, que funcionen a baja temperatura y alto rozamiento. Mientras que, solo podemos proseguir patinando, ignorantes del misterio que radica bajo nuestros pies.

    QUE NO TE LA CUELEN:

    Sabemos que a lo largo del patinaje sobre hielo se genera una fina capa de agua entre la pista y el patín. En ciertos casos tenemos explicación a la procedencia de esa capa (fusión del hielo en temperaturas entorno), mas en otros casos no sabemos bien por qué ocurre.

    https://gen-es.org/patinar-sobre-hie...-inexplicable/

  2. #2
    De la huerta Avatar de Esparraguillo
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    Resumen por favor

  3. #3
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    Eso se lo va a leer tu santa madre tioo

  4. #4
    ForoParalelo: Miembro Avatar de skanskan
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    En la superficie del hielo se produce fusión, e incluso sublimación, a temperaturas inferiores a 0°C, aunque a mucha menor velocidad que por encima de cero. Termodinámica+cinemática.

    Del mismo que también se evapora el agua a temperaturas muy inferiores a las de su punto de ebullición, pero sólo en su superficie. Por eso sí dejas un cubo de agua al aire libre acaba evaporándose.

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