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20 de enero de 2010

¿Por qué NO resbalamos en el hielo?

El título del post es un poco tramposo, pues obviamente sí resbalamos en el hielo. De lo que quería hablar es de una razón que se da a veces para explicar por qué resbalamos en el hielo, y que no es cierta.

Vale, vuelvo a hacer un poco de trampa, nunca he oído esta razón aplicada a nosotros, sino a los patinadores sobre hielo, aunque realmente no me extrañaría que a alguno se le ocurriera usar esta razón para los típicos resbalones de invierno.

Tanith and Ben, por Rich Moffitt.

El agua es una sustancia muy especial. Tiene un montón de propiedades extrañas que darían para muchas entradas, pero ahora nos vamos a fijar en una, relacionada con la más famosa (que el hielo es menos denso que el agua líquida y por eso flota) que es la variación de su punto de fusión con la presión. El punto de fusión es la temperatura a la que una sustancia sólida (en este caso hielo) se derrite.

Normalmente, al fundirse una sustancia, aumenta su volumen. Entonces podemos suponer que, si impedimos ese aumento de volumen, la sustancia no se fundirá. Y así es, por eso si aumentamos la presión, a la sustancia le cuesta más fundirse, y necesitamos aumentar la temperatura para que lo haga.

Esto no ocurre así con el agua, que disminuye su volumen (por eso el agua líquida es más densa que el hielo, como ya hemos dicho). Según he visto, esto también ocurre con el hierro de fundición, cosa que desconocía. ¿Qué pasa en este caso si aumentamos la presión? pues que al hielo le viene bien para fundirse, pues ayuda a su disminución de volumen, lo que hace que necesitemos una temperatura menor para que se funda.

Resumiendo, si aplicamos presión al hielo, este se derrite a una temperatura más baja.

Esto se usa como razón por la cual los patinadores de hielo usan cuchillas. Como la presión es fuerza dividido entre superficie, a un mismo peso (fuerza), cuanto menor sea la superficie de contacto, mayor es la presión. Lo que harían los patinadores con sus cuchillas es hacer que la temperatura de fusión baje tanto, que sea la misma que la del hielo de la pista (que suele ser 7 grados bajo cero), haciendo que se derrita y creando así una capa de agua por la que se deslizan.

En teoría, esto está muy bien, pero en la práctica la cosa no funciona. Si hacemos los cálculos (usando la ecuación de Clausius-Clapeyron) vemos que para bajar la temperatura a la que se funde el hielo hasta la de la pista, necesitamos una presión equivalente a que una persona de peso normal (tomemos 75kg, que es lo que pone en los ascensores) se apoye en una superficie de aproximadamente 8,44 mm², por lo que este efecto no puede ser aplicado en los patinadores sobre hielo porque sus cuchillas tienen más superficie, y por tanto la presión es menor de la necesaria para bajar la temperatura de fusión hasta esos valores.

156 píxeles deberían ser aproximadamente 8,5 mm², según la Wikipedia.

Pero sí hay otro sitio donde podemos apreciar este efecto, los glaciares. Podéis imaginar que la presión que soporta la base de un glaciar es grandísima. El hielo de la base sí sufre este efecto, lo que hace que el glaciar se deslice sobre un colchón de agua. Y es por eso que se mueven (una de las razones).


Glaciar de Briksdal. Wikipedia.

Así que ya sabéis, si alguna vez veis a una elefante patinar, sí podéis decir que se desliza debido a este efecto. Y si Babar lo hace, ¿por qué otros no?

ACTUALIZACIÓN: No me he dado cuenta y no he dicho cual es la razón de que resbalen tanto. Es simplemente debido a la fricción de las cuchillas. La fricción produce calor que derrite una fina capa de hielo. Cuando el patinador pasa, ese agua vuelve a congelarse. Ha habido mucha discusión respecto a esto, pero los estudios parecen indicar que es el calor de la fricción el causante.

3 comentarios:

  1. Fran dijo...

    Buen artículo, nunca había pensado en el efecto de los glaciares.

    Aunque deberías resaltar el motivo real por el que se usan cuchillas.

    Durabilidad, menor fricción al disminuir el área y la rugosidad etc

    Saludos

    http://deliquios.blogspot.com


    ;)

  2. Kunzahe dijo...

    @Fran: Tienes toda la razón, la verdad es que nunca me había preguntado por qué cuchillas y no otra cosa. He estado mirando por ahí, y he leído que usan cuchillas (que tienen una forma especial) básicamente porque permite controlar mejor el movimiento y (igual que con los patines de ruedas en línea, que se gira mejor que con uno de los otros).

    Lo que sí debería poner en el blog es por qué se derrite el hielo y les hace patinar mejor, que es simplemente por el calor de la fricción.

  3. Smaigol dijo...

    Has alumbrado una muy buena entrada cariño, me alegra pensar que soy el padre (o por lo menos, el que te dijo que te tirases al que resultó ser el padre). Me ha encantado la forma en que has explicado "físicamente" la relación entre volumen-presión-temperatura.

    A ver si te animas a seguir escribiendo hombre de Dios.

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