Eis ist rutschiger, je kälter es ist

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Von dpa

Sa, 30. November 2019

Bildung & Wissen

Warum Schlittschuhlaufen auf einer Eisfläche so gut klappt, ist noch nicht bis ins letzte Detail verstanden / Neue Untersuchung.

Mühelos gleiten Schlittschuhläufer übers Eis. Was dem sanften Gleiten physikalisch zugrunde liegt, ist noch nicht so klar, wie viele vermuten würden. Nun präsentieren französische Forscher eine neue Untersuchung. Eis sei deshalb so rutschig, weil der dünne Wasserfilm darauf zähflüssig wie Öl ist und dadurch ein gutes Gleitmittel darstelle, berichten sie im Fachmagazin Physical Review X.

Dass ein dünner Wasserfilm auf der Eisoberfläche das Gleiten mit Schlittschuhen oder Kufen möglich macht, darüber herrscht unter Wissenschaftlern Einigkeit. Doch obwohl der Vorgang seit mehr als 150 Jahren untersucht wird, ist der genaue Mechanismus bis heute umstritten. "Die geringe Reibung des Eises bleibt jedoch paradox und entgegen der Erwartung, da flüssiges Wasser aufgrund seiner geringen Zähflüssigkeit üblicherweise als schlechtes Gleitmittel angesehen wird", schreiben die Forscher um Lydéric Bocquet und Alessandro Siria vom Forschungsinstitut ENS in Paris. Sie verwendeten eine spezielle Vorrichtung, um beim Gleiten über Eis die mechanischen Eigenschaften des Schmelzwassers bis in die Größenordnung von Nanometern (Millionstel Millimetern) zu untersuchen.

Dabei stellten sie fest, dass die Reibung des Eises mit der Temperatur zunahm – kälteres Eis ist also rutschiger. "Die Zunahme der Zähflüssigkeit mit der Temperatur kann als zunehmende Dichte von Eisfragmenten interpretiert werden, wenn das Eis nahe dem Schmelzpunkt weicher wird", erläutern die Physiker. Eiskristalle im Wasserfilm sorgen also dafür, dass das Schmelzwasser auf dem Eis zähflüssig und damit ein gutes Gleitmittel wird. Die Tiefe der Mess-Kugel im Eis, und damit der Druck, der auf das Eis ausgeübt wird, spielte fast keine Rolle dafür, wie zähflüssig der Wasserfilm war.

Die Forscher untersuchten auch die Wirkung von wasserabweisenden Oberflächen auf den Reibungswiderstand – was in der Wintersportpraxis dem Wachsen von Skiern entspricht. Sie stellten fest, dass die Reibung tatsächlich stark verringert wird, ein Gegenstand also besser gleitet. Dabei ändert sich die Stärke des Wasserfilms nicht, er bleibt immer bei ein paar Hundert Nanometern. Eine genaue Erklärung für das bessere Gleiten gewachster Skier lassen die Wissenschaftler offen.