Трактат о воде. 6. 0

    Скользкость льда, конечно же имеет свою причину. Но
сдается мне, что эта причина лежит не в макромире, а в
микромире, том самом, в котором расстояния измеряются в
нанометрах.
     Последствия этой причины мы видим в макромире,
можно сказать, неворуженным взглядом. Надо лишь
внимательно смотреть и анализировать. Посмотреть, что есть
на эту тему в интернете, просуммировать и еще раз
проанализировать. Так и сделал, и в результате у меня
появилась своя версия.
        Мои рассуждения шли следующим образом. Вспомнилось
золотое детство, как писал в начальных классах обычной
перьевой ручкой, в пятом классе или шестом начал писать
перьевой авторучкой, как рисовал на уроках рисования
простым карандашом. Впечатления остались такие. На
обычной бумаге вести линию простым карандашом с мягким
грифелем, несильно нажимая, очень легко, ничуть не
тяжелее, чем авторучкой. И еще помнится, если вести
карандашом уже по заштрихованной ранее поверхности
бумаги, то карандаш скользит еще легче. Понятно почему. В
этом случае грифель карандаша скользит уже не по бумаге , а
по слою графита на бумаге. Графит по графиту. Конечно, тут
коэффициент трения скольжения будет намного меньше.
    Еще подумалось, а если посмотреть мысленно, что
происходит на кончике грифеля когда он скользит по
поверхности бумаги? Передняя, то есть фронтальная часть
грифеля, скользя по бумаге оставляет на ней слоя графита, и
следующая часть поверхности грифеля скользит по слою
графита на бумаге. Не поэтому ли карандаш так легко
скользит по бумаге?! А не происходит ли нечто подобное, когда
на коньках человек едет по льду?! Коньки это грифель, лед -
бумага. Только в примере с карандашом и бумагой
отделяются частицы графита, а в со льдом и коньком
отделяются частицы льда. А какие у Вас будут доказательства
этого, спросит недоверчивый читатель?! Ответ будет таким —
лед достаточно хрупкая субстанция.
      Посмотрите внимательно на фотографию вверху, она
приведена мною в качестве иллюстрации вовсе не случайно!
Видите белые следы от коньков. Это крупинки, частички
льда, соструганные с поверхности льда острой гранью конька,
когда он скользит по поверхности льда под углом к ней.
    Размеры этих частиц доли миллиметра. Разумеется, из-за
таких частиц, с такими размерами, если они попадут между
скользящей поверхностью конька и льдом, то сила трения
даже увеличится. А если вместо этих частиц будут частица в
несколько микрон и даже 20 -100 нанометров?!
    Да откуда же они возьмутся? - недоуменно подумает
читатель? Объясню. Но давайте давайте сначала разберемся
почему упомянуты именно эти размеры.
     В машиностроении при обработке металла существуют
классы чистоты обработки поверхности, проще говоря
шероховатости поверхности. Их 13. Поверхность с чистотой
обработки 13-й класс, самая гладкая поверхность, она
отшлифованная и отполированная. Но если посмотреть эту
поверхность в электронный микроскоп, то можно увидеть
пики микрогор, а между ними ущелья глубиной равной
высоте микрогор. Из таблицы параметров классов чистоты
обработки поверхности можно узнать что высота этих
микрогор — 0,1 мкм. (мкм- это микрометры, они же
микроны). 0,1 мкм = 100 нанометров.
   В общем и целом речь в этой части идет о трении. Потому
давайте вспомним какие виды трения существуют,
классификацию видов трения.
                Классификация видов трения.
               Виды трения по разновидностям сил трения:
     1 - Трение скольжения
     2 - Трение качения
     3 - Трение покоя
               Виды трения по характеру фрикционного взаимодействия:
     1- Сухое
     2 - Жидкостное (вязкое)
     3 - Граничное, когда в области контакта могут
содержаться слои и участки различной природы (оксидные
пленки, жидкость и т. д.) - наиболее распространенный случай
при трении скольжения.
     Где-то, примерно, 10 лет назад стала очень модной тема
наночастиц, применению их пророчили большое будущее.
     Наночастицы это частицы размером 1-100 нанометров. Один
нанометр , это метр в минус девятой степени.
     Давайте попробуем провести мысленный эксперимент.
Возьмем две небольшие стальные пластинки с
отшлифованными поверхностями. Пусть микрогоры имеют
высоту 150 нанометров. Соответственно глубина
микроущелий будет тоже 150 нанометров. Положим одну
пластинку на другую и начнем верхнюю двигать. Сила трения
при этом все равно будет иметь место, несмотря на то, что
пластинки гладкие(отшлифованные). Это будет вид трения,
который называется сухим. Понятно почему он так
называется — ведь между двумя трущимися поверхностями
нет никакой жидкости. Если между двумя трущимися
поверхностями есть жидкость, то такой вид трения
называется жидкостным(вязким). Если в жидкости будут
содержаться частички того или иного твердого вещества, то
это будет вид трения с названием — Граничное.
    Итак, у нас две стальные пластинки и вид трения —
сухое. Что происходит, когда одна пластинка начинает
смещаться относительно другой ? Микрогоры одной
пластинки утыкаются в микрогоры другой пластинки,
обламываются или изгибаются. Это и есть силы трения.
     Теперь представим мысленно другой вариант. На нижнюю
стальную пластинку нанесём(положим) равномерный слой
наночастиц графита или оксида меди толщиной 400
нанометров и сверху кладем вторую стальную пластинку. Что
получаем? Получаем некий бутерброд. Наночастицы заполнят
микроущелия нижней пластинки, потом пойдет слой из
наночастиц толщиной 100 нанометров, а над ним будет вторая
стальная пластинка, микроущелия которой также заполнены
наночастицами. Теперь при смещении одной пластинки
относительно другой стальные микрогоры одной пластинки
не будут взаимодействовать со стальными микрогорами
другой. Силы трения будут возникать из-за взаимодействий
между наночастицами . А это уже совсем другие силы по
своей величине — намного меньше!
     Теперь давайте представим, что мы заменили
наночастицы оксида меди на наночастицы льда, а верхнюю
стальную пластинку на сталь лезвия конька! Представляете,
насколько малой будет величина силы трения?!
     Недоверчивый читатель повертит пальцем у виска и
воскликнет - Да где же взять эти наночастицы льда, Вы, автор
сами говорили недавно, что на фото , которое выше заголовка
статьи , размер частиц льда доли миллиметра , а не
нанометры! Отвечаю!!! С наночастицами нет никаких
проблем! Они появятся автоматически, как только Вы
встанете в коньках на лёд!
     Вижу, дорогой читатель, Вы мне опять не верите!
Напрасно! Объясняю. Слушайте, точнее читайте внимательно,
это эксклюзивное объяснение, больше такого объяснения Вы
нигде не найдете!
     Когда на катке заливается лед, делается новый свежий лед,
на поверхности воды, пока она еще не замерзла, имеет место
быть сила поверхностного натяжения. Под пленкой
поверхностного натяжения находится всего несколько слоев
молекул воды, которые отличающихся от ниже находящихся
молекул. Отличаются они по своим энергетическим
параметрам. Поэтому когда вода замерзает, превращается в
лед , верхний слой льда, а это будет лёд  (у физиков
из-за своей структуры он  имеет название лёд 0)  толщиной в
несколько молекул ( а это как раз наноразмеры) имеет
структуру, которая отличается от структуры льда ниже. Эта
структура - тетра (четырехугольник). Структура льда,
расположенного ниже — гексагональная (шестиугольная).
Это обычный лёд, который у физиков имеет название лёд Ih.
     Вследствие этого между этими слоями возникает
напряжение. И теперь даже очень малое воздействие на
поверхность свежего льда в направлении сверху вниз,
например лыжами, полозьями санок, не говоря уже о коньках,
сразу же вызывает разрушение верхнего слоя льда, толщина
которого измеряется в нанометрах. Таким образом
получается достаточно большое количество наночастиц.
    Надо ли что-то дальше объяснять? Просто посмотрите еще
раз, что написано выше о стальных пластинках.
      Вы теперь уже поняли, почему лёд становится скользким,
как только вы на него встали?! Потому что тут же сразу
автоматически образуются наночастицы льда!
     Подводя итог данной части. Скользкость льда
объясняется тем, что автоматически образуются наночастицы
льда, а не тем , что из-за повышенного давления появляется
вода! Кстати, вода в виде пленки толщиной в нанометры
может быть на поверхности льда при отрицательных
температурах, но это будет вода, о которой говорил Майкл
Фарадей в 1850 году. При этом (когда встанем на коньках               
 на лёд) будет образовываться водная
суспензия из наночастиц льда, который называется лёд 0.
Скорее всего, так оно и есть, особенно при температурах
выше минус 30 градусов Цельсия.
     Самое удивительное — считается, что пленка воды может
быть не только на поверхности воды, но и на поверхности
металлов!
     Да, чуть не забыл сказать! Недоверчивый читатель может
спросить — Но ведь не только свежезалитый лед скользкий, а
например, старый шлифованный тоже скользкий?
      Полагаю на этот вопрос можно ответить так.
Профессиональные спортсмены, такие как хоккеисты,
конькобежцы, фигуристы могут подтвердить, что на
свежезалитом льду скольжение коньков лучше, чем на старом
шлифованном.
    Объяснение , на мой взгляд может быть таким — на
старом шлифованном льду, а это лед Ih, нет наночастиц изо
льда , который носит название 0, на старом льду будут
образовывать из-за того, что он хрупкий, частицы бОльшего
размера, и что важно структура льда этих частиц другая -
гексагональная.
                1.12. 2024
                P.S. Продолжение последует