Perché il ghiaccio è scivoloso? La risposta sorprende anche gli scienziati
Sappiamo che il ghiaccio è scivoloso, eppure la spiegazione esatta di questo fenomeno ha lasciato per decenni aperti interrogativi anche tra i fisici.
La superficie del ghiaccio, apparentemente semplice, nasconde comportamenti fisici non intuitivi. Per molti anni si è ritenuto che fosse lo stato solido dell’acqua a generare naturalmente attrito ridotto, come accade su altre superfici estremamente lisce.
Tuttavia, nuove indagini hanno mostrato che il fenomeno è molto più complesso e coinvolge caratteristiche uniche del passaggio tra stati fisici, tipiche solo dell’acqua. Uno degli aspetti più strani è legato alla temperatura di congelamento. Contrariamente a quanto si insegna comunemente, l’acqua pura può restare liquida anche a –35 °C, in una condizione definita supercooled.
Serve infatti un punto di nucleazione, una microscopica imperfezione, per innescare il passaggio a ghiaccio. In mancanza di queste impurità, l’acqua può mantenersi in stato liquido ben al di sotto dello zero, conservando quindi proprietà inaspettate in prossimità della sua superficie solida.
Queste proprietà si rivelano cruciali nel determinare la scivolosità. A rendere il ghiaccio così insidioso, infatti, non è la sua compattezza, ma l’interfaccia dinamica che si forma quando entra in contatto con un corpo. È proprio in quel momento che le condizioni di pressione e attrito generano una sottilissima pellicola d’acqua, uno strato interfacciale più viscoso del normale ma ancora fluido, che funge da lubrificante tra le superfici.
Un’interfaccia inaspettata
Questo strato interfacciale, spesso meno di un centesimo di capello, presenta caratteristiche ibride tra solido e liquido. I legami tra le molecole d’acqua in questa zona sono deboli rispetto al reticolo del ghiaccio sottostante, il che consente loro di muoversi liberamente, quasi come in uno stato gassoso. In questo modo, diventano elementi mobili, paragonabili a microscopici cuscinetti che riducono drasticamente l’attrito.
Il fenomeno si intensifica con l’aumentare della velocità: maggiore è la rapidità del corpo in movimento, maggiore è il calore prodotto dall’attrito e dalla pressione, e di conseguenza maggiore sarà lo spessore della pellicola d’acqua. È questo il motivo per cui il ghiaccio sembra molto più scivoloso durante attività dinamiche come il pattinaggio, rispetto al semplice camminare.
Applicazioni oltre il pattinaggio
Da questi studi è nato SuperRepel, un progetto europeo coordinato dal fisico Robin Ras dell’Università Aalto in Finlandia, che ha portato allo sviluppo di un rivestimento ultra-idrofobico capace di respingere neve, polvere e batteri. La superficie trattata, ispirata proprio al comportamento dell’acqua sul ghiaccio, è la più duratura finora ottenuta.
Il rivestimento ha già vinto l’Anton Paar Research Award e apre a numerose applicazioni industriali, dalle pale eoliche agli sci fino ai materiali per imballaggio. Il ghiaccio, quindi, si è rivelato un laboratorio naturale per nuove tecnologie capaci di trasformare superfici e interazioni a livello molecolare.