Así como el agua moja, a nadie se le olvida que el hielo resbala. No hace falta que te hayas caído alguna vez patinando o intentando, simplemente, avanzar sobre un suelo helado, para tenerlo en cuenta. Es uno de esos saberes básicos que se aprenden rápido; un peligro, desde luego, que no se puede obviar. Pero de la misma forma que lo aprehendemos, surge la duda: ¿Por qué en su estado de congelación el líquido resulta tan escurridizo?
La respuesta no es tan sencilla. De hecho, la ciencia sigue matizando cada aportación a ella, tantas o más como ámbitos de estudio pueden abordarla. No obstante, la fricción podría ser un buen punto de partida para empezar a adentrarnos en las propiedades del hielo.
Se trata de la medida que muestra la fuerza tangencial o, en otras palabras, la que se necesita, para empujar un objeto determinado a través de una superficie determinada. Los resultados de su fórmula siempre surgen de una combinación de efectos, como por ejemplo cuánto se pegan entre sí las dos superficies, qué tan ásperas son las mismas, cuánto se pueden deformar o, incluso, si hay una película lubricante entre ellas. Ya te hemos avisado de que no iba a ser sencillo.
Hay que observar las moléculas
Es precisamente esta fuerza la que nos lleva a un detalle importante a tener en cuenta a estas alturas: el hielo, por sí mismo, no es tan resbaladizo como podríamos pensar. Sin fricción, no estaríamos hablando de esta cuestión ni teniéndole tanto miedo cuando llega el invierno y las calles se llenan de finas (o no tan finas) capas de este.
Los científicos han pasado dos siglos preguntándose por qué el hielo es resbaladizo y qué causa la capa líquida que se forma encima de él. A lo largo de las décadas, figuras como Michael Faraday, James Thomson, Osborne Reynolds y Philip Browden han presentado hipótesis divergentes. Todos tenían, en parte, razón, solo faltaba hilar.
Con las nociones que todos ellos pudieron reunir, a menudo, la investigación más actual sobre el deslizamiento del hielo se centra en la física de los patines sobre el hielo y en las causas de la presencia de moléculas de agua sueltas entre el hielo y la hoja. Justo ahí, a ese nivel de mira, se encuentran los principios de la respuesta que buscamos. Las moléculas pueden describirse como líquidas o gaseosas, según el grosor de la capa. Si la capa tiene solo una molécula de espesor, se consideraría que su comportamiento pertenece a lo que en el ámbito científico se conoce como un régimen de gas 2D, es decir, donde la movilidad de las moléculas es más importante que otras propiedades. Sin embargo, si la capa resulta más gruesa, entonces sí, pertenecería a un régimen líquido, donde la viscosidad del líquido juega un papel más dominante. Simplemente, la física de cada uno de los niveles es diferente.
Un «truco» natural que distrae
El agua no suele ser un buen lubricante, pero si se asienta o deposita en forma de capa sobre el hielo mismo sí lo es. Como una especie de «truco» natural para distraernos, he aquí el misterio (casi) resuelto. Investigadores de un laboratorio de la Universidad de la Sorbona en París, Francia lo demostraron así en 2019 mediante un estudio publicado por la American Physical Society (APS): de manera concluyente, la fricción sobre el hielo genera una capa delgada de agua que a ojos de la ciencia es tan viscosa como el aceite. Entonces, se vuelve resbaladizo.
Nada por sí solo puede resultar resbaladizo, no si no se producen una serie de circunstancias casi imperceptibles para nuestro cerebro a priori que le den la capacidad de serlo
Al final, podemos decir que nada por sí solo puede resultar resbaladizo, no si no se producen una serie de circunstancias casi imperceptibles para nuestro cerebro a priori que le den la capacidad de serlo. Así, a temperaturas bajo cero, dicha capa acuosa es casi imperceptible al ojo humano debido a lo delgada que es. En las pruebas de laboratorio en la Sorbona, los científicos determinaron que suele ser incluso más delgada de lo esperado, aproximadamente 1/100 del grosor de un cabello.
Más recientemente, un equipo de investigación internacional liderado por la Universidad Complutense de Madrid, ha utilizado simulaciones por ordenador para estudiar el movimiento de un sólido deslizándose sobre hielo a nivel atómico. Esta simulación ha podido confirmar lo que ya decía aquel otro estudio previo: que la existencia de una capa autolubricante en la superficie del hielo es la que facilita que las cosas se deslicen con tanta facilidad sobre él.
Una capa demasiado fina
Según esta investigación, cuyos resultados se publicaron a finales de 2022 en la revista científica Proceedings of the National Academy of Science, cuando la superficie del hielo entra en contacto con un objeto sólido, se derrite y crea una capa lubricante que se perpetúa a sí misma. Esta capa lubricante convierte el hielo en el peligro con el que todos lo relacionamos.
«Nuestro análisis de cómo se organizan colectivamente las moléculas de hielo para darles su peculiar poder lubricante nos ofrece una visión privilegiada del proceso que no podría lograrse a través de experimentos convencionales, dada la enorme dificultad de realizar una observación experimental de una capa lubricante de un espesor de una milmillonésima de metro», subraya al respecto Luis González MacDowell, investigador del Departamento de Química Física de la UCM y coordinador del estudio.
Además de prevenir accidentes deportivos y de tráfico, los resultados de estudios como estos podrían aplicarse en el diseño de mejores lubricantes en otros sistemas. Al fin y al cabo, el hecho de que algo sea un fenómeno cotidiano no significa que no sea extremadamente complejo. Podría decirse, en definitiva, que es más fácil detectar el bosón de Higgs que comprender verdadera y completamente por qué el hielo resbala.
