Yaklaşık iki yüzyıldır bilim insanları, buzun kayganlaşmasının sebebinin basınç ya da sürtünmeyle yüzeyinin erimesi olduğuna inanıyordu. Ancak Saarland Üniversitesi’nden yapılan yeni bir araştırma bu görüşü tersine çeviriyor.
Dünya genelinde bir asırdan uzun süredir öğrencilere, basınç ve sürtünmenin buzu erittiği öğretiliyordu. Kışın donmuş bir kaldırımlarda kayıp düşmek de genellikle ayakkabının ağırlığı ve sıcaklığıyla yüzeye uyguladığı basınca bağlanıyordu. Fakat Saarland Üniversitesi’nden gelen yeni bulgular, bu görüşün eksik olduğunu ortaya koyuyor. Araştırmaya göre buzun kayganlığı, basınç ya da sürtünmeden değil, buz içindeki moleküler dipoller ile temas eden yüzeydeki (örneğin ayakkabı tabanı) dipollerin etkileşiminden kaynaklanıyor.
Profesör Martin Müser ve ekibi (Achraf Atila ve Sergey Sukhomlinov) tarafından yürütülen çalışma, yaklaşık iki yüz yıl önce Lord Kelvin’in kardeşi James Thompson tarafından ortaya atılan modeli sorguluyor. Thompson, basınç ve sürtünmenin sıcaklıkla birleşerek buzu erittiğini öne sürmüştü.
Müser bu konuda şunları söylüyor:
“Ne basınç ne de sürtünme, buz üzerinde ince bir sıvı tabakanın oluşmasında özellikle önemli bir rol oynuyor.”
Ekip tarafından yapılan bilgisayar simülasyonları ise, bu kaygan tabakanın oluşumunda asıl etkenin moleküler dipoller olduğunu ortaya koyuyor. İşte bu nedenle kışın sık sık dengesizleşip kayıyoruz.
Peki, dipol nedir? Moleküler dipol, bir molekülün kısmi pozitif ve kısmi negatif yüklere sahip bölgeleri olduğunda ortaya çıkar. Bu durum, molekülün belirli bir yönü olan genel bir polariteye sahip olmasına neden olur.
Buzu anlamak için yapısına bakmak gerekir. Sıfır derecenin altında su molekülleri (H₂O), düzenli bir kristal örgü oluşturur. Moleküller birbirleriyle uyumlu bir şekilde dizilir ve katı, kristalimsi bir yapı ortaya çıkar. Bir kişi bu düzeneğe bastığında, üst tabakayı bozan şey ayakkabının oluşturduğu basınç ya da sürtünme değil, ayakkabı tabanındaki dipollerin buzun dipolleriyle etkileşimidir. Bu etkileşim, önceden düzenli olan yapıyı bir anda bozar.
Müser bu durumu şöyle açıklıyor:
“Üç boyutta bu dipol-dipol etkileşimleri ‘hayal kırıklığına uğrar’. Yani rekabet halindeki kuvvetler, sistemin tamamen düzenli ve kararlı bir yapı oluşturmasını engeller.”
Mikroskobik düzeyde, buzun dipolleri ile ayakkabı tabanındaki dipoller arasındaki kuvvetler, bu düzenli kristal yapıyı bozar. Bu etkileşim, yüzeydeki buzu düzensiz, amorf ve nihayetinde sıvı hale getirir.
Neredeyse 200 yıllık kabul edilmiş bilgiyi yıkmakla kalmayan araştırma, başka bir yanılgıyı da çürütüyor.
Müser:
“Bugüne kadar –40°C’nin altında kayak yapmanın imkânsız olduğu düşünülüyordu çünkü bu kadar soğukta kayakların altında ince bir kaygan su filmi oluşamayacağı sanılıyordu. Bu da yanlış çıktı.”
“Dipol etkileşimleri son derece düşük sıcaklıklarda da devam ediyor. Hatta mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda bile buz ile kayak arasındaki yüzeyde sıvı bir film oluşuyor.” diyen Müser, bu filmin o koşullarda baldan daha viskoz olduğunu belirtiyor. Bu yüzden biz onu su olarak tanıyamayız ve üzerinde kaymak neredeyse imkânsız olurdu. Ancak film yine de varlığını sürdürüyor.
