Nuevos enfoques al misterio de por qué el hielo resbala

Hipótesis compatibles que abren la vía al ahorro energético

14.12.2022 - España

La superficie del hielo se derrite en contacto con un sólido, formando una capa lubricante que se autoperpetúa, a medida que se le aplica mayor peso y deslizamiento. Este fenómeno cooperativo hace que el hielo sea más resbaladizo y más susceptible de provocar accidentes de patinaje o de tráfico, según una investigación internacional liderada por la Universidad Complutense de Madrid (UCM).

En este estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Science, los investigadores realizaron una simulación por ordenador de cómo un sólido se desliza sobre la superficie del hielo a escala atómica.

"Nuestro análisis de cómo se organizan colectivamente las moléculas de hielo para otorgarles su peculiar poder lubricante nos ofrece una visión privilegiada del proceso que no podría lograrse mediante experimentos convencionales, dada la enorme dificultad de llevar a cabo una observación experimental de una capa lubricante de un grosor de una milmillonésima de metro", destaca Luis González MacDowell, investigador del Departamento de Química Física de la UCM.

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Las propiedades resbaladizas del hielo se han aprovechado en algunos casos con fines lúdicos (como en el patinaje sobre hielo), y en otros como medio de transporte.

"Es importante entender el origen de esta propiedad tan conocida del hielo, tanto para mejorar el rendimiento de los deportistas olímpicos, como para garantizar la seguridad de los vehículos durante el invierno", indica el experto.

Además de la UCM, en el estudio también participan la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y la Universidad Marie Curie-Skłodowska (MCSU) de Lublin, Polonia.

Hipótesis compatibles que allanan el camino al ahorro energético

Los científicos llevan dos siglos preguntándose por qué el hielo es resbaladizo y cuál es la causa de la capa líquida que se forma sobre él. A lo largo de las décadas, personalidades como Michael Faraday, James Thomson, Osborne Reynolds y Philip Browden han formulado hipótesis divergentes.

Sin embargo, este estudio ha servido para demostrar que, en realidad, son compatibles y operan simultáneamente. "Lo que de hecho encontramos es que los principios clave de la naturaleza resbaladiza del hielo son el fenómeno de fusión superficial propuesto por Faraday; la fusión gradual causada por la presión, que recuerda a la hipótesis de Thomson, y la fusión causada por la fricción, propuesta por Bowden", señala el químico de la UCM.

Esta combinación de factores confiere a la superficie del hielo una excepcional capa de lubricación autorreparadora. "El problema de la lubricación es que, al aumentar la presión, el lubricante es expulsado de entre las caras opuestas, lo que las deja en contacto directo. En el caso del hielo, opera el principio de Le Chatelier, y a medida que la capa lubricante es expulsada por la presión, el propio hielo se funde y repara la pérdida", indica Lukasz Baran, investigador del MCSU que trabajó en la técnica de simulación durante una estancia de seis meses en la UCM.

Además de prevenir accidentes deportivos y de tráfico, los resultados de este estudio podrían aplicarse al diseño de mejores lubricantes en otros sistemas.

"Es importante recordar que más de la mitad de la energía que se genera en el mundo se pierde por fricción. Mejorar los procesos de lubricación supondría un gran ahorro de combustible, dinero e impacto medioambiental", concluye Pablo Llombart, investigador del Instituto Nicolás Cabrera de la UAM.

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