Мұз қарапайым зат болып көрінгенімен, оның неге соншалықты тайғақ екені туралы сұрақ ұзақ уақыт бойы шешілмей келді. Жақында жүргізілген зерттеулер көрсеткендей, мұз үстінде қозғалғанда үйкеліс оның бетінде аздаған жылу тудырады, бұл жұқа су қабатының пайда болуына әкеледі. Бұл қабат майлаушы рөлін атқарады. Дегенмен, бұл процестің кейбір тұстары әлі де нақтылауды қажет етеді.

Мұздың тайғақтығын зерттеу тарихы

Мұздың тайғақтығы мәселесі ұзақ уақыт бойы физиканың классикалық жұмбақтарының бірі болып саналды. XIX ғасырда мұздың бетінде өздігінен жұқа сұйық қабат түзіледі деген болжам айтылды, ол сырғанауды жеңілдетеді. Кейінірек коньки немесе басқа заттардың қысымы мұздың балқу температурасын төмендетіп, жергілікті ерітуге себеп болады деген гипотеза пайда болды.

XX ғасырда тағы бір нұсқа ұсынылды: мұз үстінде қозғалғанда үйкеліс жылу бөліп шығарады, ол беткі қабатты ерітіп, су майлаушы қабат түзеді. Алайда ондаған жылдық зерттеулерге қарамастан, біртұтас түсінік қалыптасқан жоқ, себебі әртүрлі тәжірибелер мен компьютерлік модельдер әртүрлі механизмдерді көрсетті.

Қазіргі зерттеулер мен модельдеу

Корнелл университетінің препринт серверінде жарияланған жаңа жұмыста зерттеушілер барлық бар сценарийлерді көпдеңгейлі модельдеу арқылы біріктіруге тырысты. Бұл әдіс күрделі жүйелерді әртүрлі масштаб пен детализация деңгейіндегі модельдерді біріктіре отырып зерттеуге мүмкіндік береді. Алдымен мұз бен шыны арасындағы үйкеліс жеке су молекулалары мен атомдар деңгейінде модельденді, бұл үйкеліс күшінің температура мен сырғанау жылдамдығына тәуелділігін микроскопиялық байланыс аймақтарында анықтауға мүмкіндік берді.

Алайда бұл симуляциялар жеткіліксіз болды, өйткені оларда үйкеліс жылдамдық артқанда өсіп отырды, ал нақты тәжірибелерде керісінше нәтиже байқалды.

Бұл қайшылықты жою үшін есептеулерге жылу бөлу әсері енгізілді. Мұз үстінде қозғалғанда байланыс бүкіл бетте емес, тек шағын микротегіс жерлерде жүреді, сол жерде үйкеліс күшейіп, жылу бөлінеді. Жылдамдық 0,1 метр секундқа жеткенде, байланыс аймағындағы температура күрт өсіп, мұздың балқу нүктесіне жақындайды.

Температураның әсері және су қабатының түзілуі

Температураның көтерілуі мұз бетінде сұйық тәрізді су қабатының түзілуін күшейтеді. Бұл кезде қабаттың қалыңдығы артып, тұтқырлығы азаяды, нәтижесінде қозғалысқа кедергі күрт төмендейді. Соның арқасында макродеңгейде үйкеліс азаяды, бұл мұзбен жүргізілген нақты тәжірибелерде де байқалады.

Алынған деректерді зертханалық үйкеліс өлшемдерімен және керлингтегі тастардың қозғалысын бақылаумен салыстыру есептеулердің шынайы мінез-құлықты жақсы қайталайтынын көрсетті. Осылайша, мұздың тайғақтығы бірнеше процестің үйлесіміне байланысты екені анықталды, бірақ шешуші рөлді үйкелістен пайда болатын жылу атқарады.

Қорытынды

Су қабаты мен мұз құрылымындағы өзгерістер қабаттың түзілуіне әсер етуі мүмкін, бірақ жылу әсерінсіз үйкелістің жылдамдыққа тәуелділігін түсіндіру мүмкін емес. Жаңа ашылым әртүрлі теорияларды біріктіріп, күнделікті өмірде жиі кездесетін және талқыланатын физикалық құбылыстардың бірі туралы тұтас көзқарас ұсынады.