Hvorfor er is glatt?

Denne artikkelen er produsert og finansiert av NTNU - les mer.

SPØR EN FORSKER: Forskerne har prøvd å forstå dette siden 1800-tallet.

Kjent situasjon? Isen kan jo utvilsomt være glatt. Men hvorfor det, egentlig? Fysikere har diskutert saken lenge. (Foto: Colourbox)

De fleste forskere er enige om er at is er glatt fordi det finnes et tynt, nesten usynlig lag som oppfører seg som vann på overflaten. 

Dette laget fungerer litt som smøring mellom skoen og isen. Men hvorfor det laget oppstår, er det store spørsmålet.

– Hvorfor dette tilsynelatende flytende laget oppstår, er noe forskere har prøvd å finne ut av lenge. For egentlig er jo ikke is glatt, hvis du går på ski i 40 minus så er det som å gå på sandpapir, fastslår Are Strandlie, professor i fysikk ved NTNU i Gjøvik.

Strandlie forklarer at en forutsetning for at is skal være glatt er at det er mildt, det vil si at temperaturen nærmer seg null grader, for da er ikke molekylene på overflaten av isen så tett bundet sammen.

Professor Are Strandlie kan koste på seg et glis, for der han står er det isfritt. (Foto: Karen Stampen, NTNU)

Da forskerne trodde vi veide flere tonn

På 1800-tallet foreslo ingeniøren James Thomson at is er glatt fordi trykket fra foten din senker smeltepunktet, og dermed dannes det et tynt vannlag når du tråkker på isen.

Ideen var elegant og støttet av eksperimenter gjort av Thomsons bror, bedre kjent som Lord Kelvin (ja, den Kelvin).

Men denne teorien har blitt grundig tilbakevist, da forskere regnet ut at den som tråkker ned foten må veie flere tonn for å smelte isen på den måten.

Det er jo fint å få fastslått at det ikke er vekta som er utfordringen når du sklir.

Glatt is er faktisk et omdiskutert tema innen fysikken. (Foto: Colourbox)

Friksjon i fritt fall

Teorien om friksjon som den dominerende forklaring på hvorfor is er glatt, har stått lenge i skolebøkene. Tanken var at når du sklir på is, skaper bevegelsen varme. 

Denne varmen smelter isen, og vips så er det glatt føre. Men så blandet fysikerne seg inn igjen.

– Is oppfører seg ikke helt sånn som den teorien alene tilsier, sier fysiker Strandlie. 

Isen er nemlig ofte glatt før du begynner å bevege deg. Du kan stå helt stille og likevel er det glatt.

Da smelter ikke isen under beina. Samtidig blir ikke is glattere jo fortere du beveger deg, noe friksjonsteorien tilsier hvis det er eneste forklaring på glatt is.

Is som smelter – uten å smelte

Så videre til neste teori: 

Forskere har siden 1800-tallet observert at is-overflaten tilsynelatende alltid er litt smeltet. Ikke så mye at det renner, men akkurat nok til at molekylene beveger seg mer enn det de gjør inne i den faste is-strukturen.

For is er et krystall der vannmolekylene sitter pent og pyntelig i et mønster. 

På is-overflaten har disse molekylene færre naboer å holde fast i, og dermed litt mer frihet. Dette fenomenet kalles premelting, eller «for-smelting». 

Forskere er i dag ganske sikre på at det finnes, særlig når isen ligger nær smeltepunktet.

Spørsmålet er om for-smelting alene kan forklare hvor glatt is faktisk er. Der er meningene fortsatt delte.

Når krystallene tar seg en pause

Den ferskeste teorien kommer fra tyske forskere, og den peker i en litt annen retning. 

De mener nemlig at is ikke nødvendigvis smelter i det hele tatt. 

I stedet mister overflaten krystallstrukturen når den belastes, det vil si at den blir amorf, mer som en uordnet masse enn et fast stoff.

Ifølge denne teorien kan isen være glatt selv i sprengkulde, altså under forhold der det ikke er et tynt vannlag på toppen av isen. Isen gir litt etter, men blir ikke til vann.

Ismysteriet oppklart (så godt som)

Så hva er egentlig riktig? Vi lar fysiker Strandlie svare:

– Alle teoriene har nok noe for seg. Både trykk, friksjon og forsmelting bidrar til at is er glatt. I tillegg vil temperatur, hastighet og belastning påvirke isen.

Han trekker også fram betydningen av hva slags materiale en såle eller et dekk har.

– For piggfrie vinterdekk er det gummiblandingen i dekket som utgjør størst forskjell for om bilen sklir eller ikke, sier han.

Så neste gang du sklir på isen, kan du i det minste trøste deg med at du falt for et omdiskutert tema innen fysikken.

Denne artikkelen er inspirert av en artikkel publisert i Quanta Magazine.