Jak fungují brusle a lyže? Fyzici zatím tápou

22. březen 2016

Je to k nevíře, ale dodnes nikdo z vědců neumí uspokojivě vysvětlit, jak fungují lyže a brusle, jaké fyzikální mechanismy umožňují jejich pohyb. Teprve v poslední době přibývají studie na toto téma, přesto žádná z teorií není potvrzená a nenabízí uspokojivou odpověď.


Příspěvky Meteoru 19. 3. 2016
01:45 Zběsilý vítr nad našimi hlavami.
09:06 Tajuplný zdroj rentgenu ve vesmíru.
12:37 Brusle a lyže – nevíme, jak fungují.
24:15 Slunce poprvé v dech beroucím detailu.
44:32 Co je slyšet 11 km pod hladinou oceánu?

Správný vědec nepřestává nad světem přemýšlet ani na dovolené. Se zvídavostí dítěte se snaží přijít na to, jak všechno kolem něj funguje. Například lyžování. Jak je možné, že se lyže po sněhu hýbou? Tuto otázku si na zimní dovolené v Alpách položil profesor Petr Kulhánek z Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze.

„Uvědomil jsem si, že to je velmi zajímavé fyzikální téma. Vyhledal jsem si informace a zjistil jsem, že to vůbec není tak jednoduché, jak jsem si zpočátku myslel, a že ty mechanismy dodnes přesně neznáme,“ uvedl v Meteoru Petr Kulhánek.

Tání ledu pod tlakem

První mechanismus, který nám může pomoci pochopit, proč brusle a lyže kloužou, souvisí s táním ledu pod tlakem. „Pod tlakem osoby, která jede na lyžích nebo na bruslích, vzniká tenká vrstvička vody, která funguje jako lubrikant,“ řekl Kulhánek.

„Tomuto mechanismu se říká regelace. Když k sobě přiložíte dvě kostky ledu a stlačíte je, tak mezi nimi vznikne tenká vrstvička vody, jakmile tlak pomine, tak vrstvička vody opět zmrzne a kostky se spojí, podobně jako se spojují pájením elektronické součástky,“ vysvětlil Kulhánek.

Nejen tlakem, ale i třením

Toto vysvětlení bylo platné zhruba do roku 1939. „Fyzik z Cambridge Frank Bowden tehdy zjistil, že to může fungovat jen do zhruba minus 3 stupňů Celsia. Spočítal, že průměrný člověk o hmotnosti 70 kg není schopen vyvinout při nízkých teplotách takový tlak, aby se utvořila ta potřebná vrstvička,“ řekl Kulhánek.

Jak fungují lyže? Nevíme.

Bowden byl muž činu. „Odjel s asistentem do Švýcarska, do ledové jeskyně nacházející se v nadmořské výšce přes 3000 metrů, kde průměrná teplota nikdy nevystoupala nad minus 3,5 stupně Celsia. Vzal si s sebou zařízení na měření tření, takovou rotující destičku. Na ni přikládali různé předměty a měřili koeficient tření,“ přiblížil Kulhánek.

„Bowden zjistil, že správný mechanismus by mohl souviset se třením. Pohybující se lyžař či bruslař vyvíjí třením teplo, to ohřívá vrstvičku ledu a tím vzniká voda,“ dodal. Nutno podotknout, že vrstvička vody pod bruslí je neuvěřitelně tenká, jen v desítkách nanometrů.

Když sníh drhne jako písek

Jenže i toto vysvětlení má háček. Výpočty ukázaly, že mechanismus tření může fungovat jen do teplot kolem minus 30 stupňů Celsia. Jenže lidé na lyžích prokazatelně jezdí i v polárních oblastech při teplotách blížících se k minus 40 stupňům Celsia.

„Tehdy sníh hrubne a drhne jako písek. Zřejmě tedy musí být ještě jiný mechanismus, který umožňuje pohyb na lyžích v ultranízkých teplotách,“ doplnil fyzik.

Ani novodobé výzkumy nepřinášejí řešení

„Minulý rok se vyrojily další pochybnosti o tom, jak lyžujeme. Několik vědeckých týmů na světě se snaží vysvětlit rozjezd, kluzkost ledu, ale všechno jsou to vysvětlení, která nejsou potvrzená,“ řekl Petr Kulhánek.

lyžař

Například se hovoří o tzv. fázovém přechodu. Vrstvička, která se utváří pod bruslí či lyží, je prý složená z oblastí ledu a vody. Při rozjíždění se postupně zmenšují ledové plošky na úkor vodních a tím je umožněn plynulý přechod k pohybu. „Jiná teorie zase hovoří o elektrostatické levitaci, kdy klouzavá vrstvička může být důsledkem elektrických sil,“ doplnil Kulhánek.

Jak to tedy je?

„Minimálně 4 různé mechanismy se podílejí na tom, že můžeme lyžovat po svahu nebo bruslit na rybníce. Prvním je regelace, tedy tání ledu tlakem, druhým ohřev třením. Dále ještě musí existovat mechanismy pro rozjezd a další pro ultranízké teploty,“ dodal Kulhánek s tím, že jednoznačné vysvětlení stále chybí.

Tento i ostatní záznamy pořadu Meteor najdete v našem Archivu pořadů.

autoři: Petr Sobotka , Leona Matušková
Spustit audio