Lijkt op het Leidenfrost-effect dat wordt gezien in snel kokende waterdruppels, een ijsschijf wordt zeer mobiel door een zwevende laag water tussen het ijs en het gladde oppervlak waarop het rust en smelt. De anders willekeurige rotatie en translatie (glijden) van het ijsblok kan worden gestuurd door de stromingsdynamiek van het gesmolten, van ijs veranderde water dicht bij het schijfoppervlak te regelen.

Tijdens een poging om een ​​experiment voor te bereiden om de adhesie-eigenschappen van ijs te bestuderen, Stéphane Dorbolo, een FNRS senior onderzoeker in de natuurkunde gehost door de Université de Liège in België, liet een petrischaalvormig blok ijs op de gladde, betonnen vloer. Zijn ongebruikelijke beweging, het verwerven van schijnbaar willekeurige rotatie terwijl het over de vloer bewoog, zette Dorbolo ertoe aan verder te onderzoeken, waar zijn uiteindelijke resultaten over ijslevitatie worden gepubliceerd in het tijdschrift van deze week Fysica van vloeistoffen , door uitgeverij AIP.

"Het verhaal was compleet anders door dit ongeval, "zei Dorbolo. "De vraag was, waarom beweegt het? Want eigenlijk, het is een veel voorkomende procedure:je hebt een ijsblok en dan smelt het. Maar het gebeurt niet, bijvoorbeeld, op een kunststof plaat. Het gebeurt alleen op zeer platte steen, of op een metalen plaat. Dat was het begin."

Het contactoppervlak is veel kleiner op een ijsbaan, tussen een schaatsrand en ijs, maar het is om dezelfde reden dat de randen van schaatsbladen glad en typisch metaalachtig moeten zijn, bij hockey en kunstschaatsen, waar soepele beweging centraal staat.

Het belangrijkste interessegebied in dit onderzoek was de smeltinterface, waar het oppervlak een ijsschijf ondersteunt - of het nu gladde en niet-poreuze steen is, metaal of zelfs een plas water - levert relatieve warmte en smelt het ijs snel.

Dorbolo en zijn team bestudeerden eerder de dynamiek van zo'n ijsschijf die smelt terwijl hij op het vloeibare oppervlak van water rust. Deze bewegingen van het ijs worden bepaald door andere interacties dan wanneer het ijs op een vast oppervlak zou rusten, maar de onderzoeken bleken eenvoudiger, eerste stap en gaf inzicht in de dynamiek van hoe het nieuw gesmolten water uit het ijs stroomt.

"Het belangrijkste idee was om de ijsschijf te bestuderen die op een plaat smelt, maar we begonnen met het bestuderen van de ijsschijf op een bad, "zei Dorbolo. "Eigenlijk, toen we terugkwamen op het smelten van de ijsschijf op een plaat, ontdekten we een heel ander mechanisme."

Het effect lijkt op het Leidenfrost-effect, de focus van talloze YouTube-video's met waterdruppels die "lopen" en "dansen" terwijl ze over gladde oppervlakken drijven die heet genoeg zijn om de onderkant van de druppels snel te laten koken. Het snelle koken produceert een zwevend kussen van damp (stoom) tussen de druppel en het verwarmingsoppervlak, het vergroten van de druppelmobiliteit.

"Het betekent dat je een thermisch reservoir moet hebben, zoals de steen of metalen plaat, om het ijs snel genoeg te laten smelten, "Zei Dorbolo. "Dus het smeltdebiet is belangrijk. Als het niet voldoende is, je hebt deze smeerfilm niet tussen de schijf en de plaat en kan niet bewegen. Daarom zeiden we dat het vergelijkbaar was met het Leidenfrost-effect."

Dorbolo wees er zorgvuldig op dat het zwevende vloeistofkussen van hun ijsschijven niet precies analoog was aan het zwevende effect dat werd gevoeld door de Leidenfrost-druppels, hoewel hun interesse in het beheersen van de beweging er een was die veel druppelexperimenten gemeen hadden.

De vaste-vloeistof-vaste configuratie van dit fenomeen, in tegenstelling tot die van vast-gas-vloeistof in het geval van de druppels, leidde het team om zich te concentreren op de uitstroom van water uit het continu smeltende ijs om de controle van de schijfbeweging te onderzoeken.

"Je hebt een schijf en deze moet snel genoeg smelten om deze smeerfilm tussen de schijf en de plaat te hebben, en dan vanwege deze smering, de ijsschijf is erg mobiel. Dus als je het smelten niet onder controle hebt, je zult het ijsblok zien bewegen, "Dorbolo zei

Als je het smelten onder controle hebt, of meer specifiek de stroom van het gesmolten ijs nabij de schijf, het team toonde aan dat de laatste draaiende en glijdende beweging van de ijsschijven kon worden volgehouden en gericht.

Deze controle is bereikt, eigenlijk, in de vorm van een klein gaatje dat Dorbolo's team in het oppervlak van de metalen plaat heeft gemaakt, in de buurt van het drijvende ijs. Het gat leidt naar een uitlaatpijp, fungerend als een reservoir waardoor het water continu ontsnapte na het smelten op het gethermiseerde metaal. Om de waterstroom verder in te dammen, het team gebruikte ook een zorgvuldige plaatsing van vaseline op de plaat.

Ze volgden de beweging van een bepaalde door een petrischaal gevormde ijsschijf met behulp van een zwarte ellips die bovenop het ijs was bevroren, gefotografeerd door een camera tijdens het experiment. Het contrast en de asymmetrische vorm maakten een nauwkeurige bewaking van zowel lineaire als roterende beweging van de schijven mogelijk, die de groep van Dorbolo vervolgens analyseerde in relatie tot andere gegevens, zoals temperatuur en stroomsnelheden.

Hun bevindingen bieden inzicht in de precieze mechanismen van de beweging en welke factoren bewegingen aandrijven - zoals de dikte van de waterlaag of de richting van de cirkelvormige stroming rond de schijfrand. De wetenschappers benadrukken ook hoe de vloeistofeffecten zich verhouden tot de analoge dampeffecten op druppels in het meer algemeen bestudeerde Leidenfrost-effect.

Hoewel het project afwijkt van het primaire onderzoeksdoel van Dorbolo, hij erkent vele mogelijke manieren waarop de studie verder kan worden voortgezet, hetzij door de vorm van het ijs of de oppervlaktestructuur van de plaat te veranderen om de stromingsdynamiek te bewerkstelligen. Hij zei ook zelfverzekerd:"Mensen zullen ideeën hebben."