Se asemeja al efecto Leidenfrost que se observa en las gotas de agua hirviendo rápidamente, un disco de hielo se vuelve muy móvil debido a una capa de agua que levita entre él y la superficie lisa sobre la que descansa y se derrite. La rotación y traslación (deslizamiento) de otro modo aleatorio del bloque de hielo se puede dirigir controlando la dinámica de flujo del hielo derretido convertido en agua cerca de la superficie del disco.

Al intentar preparar un experimento para estudiar las propiedades de adhesión del hielo, Stéphane Dorbolo, un investigador senior en física del FNRS alojado por la Université de Liège en Bélgica, dejó caer un bloque de hielo en forma de placa de Petri sobre la superficie lisa, piso de concreto. Su movimiento inusual, adquiriendo una rotación aparentemente aleatoria a medida que se movía por el suelo, Incitó a Dorbolo a investigar más a fondo, donde sus resultados finales sobre la levitación del hielo se publican en la revista de esta semana Física de fluidos , por AIP Publishing.

"La historia fue completamente diferente debido a este accidente, "dijo Dorbolo." La pregunta era, ¿Por qué se mueve? Porque en realidad es un procedimiento muy común:tienes un bloque de hielo y luego se derrite. Pero no pasa por ejemplo, en un plato de plástico. Solo ocurre en piedra muy plana, o sobre una placa de metal. Ese fue el comienzo ".

El área de contacto es mucho más pequeña en una pista de patinaje, entre el filo de un patín y el hielo, pero es por la misma razón que los bordes de las palas de los patines de hielo deben ser lisos y típicamente metálicos, en hockey y patinaje artístico, donde el movimiento suave es fundamental.

El área clave de interés en esta investigación fue la interfaz de fusión, donde la superficie que sostiene un disco de hielo, ya sea piedra lisa y no porosa, metal o incluso un charco de agua:suministra calor relativo y derrite rápidamente el hielo.

Dorbolo y su equipo estudiaron previamente la dinámica de un disco de hielo que se derrite mientras descansa sobre la superficie líquida del agua. Estos movimientos del hielo se rigen por interacciones diferentes que si el hielo descansara sobre una superficie sólida, pero las investigaciones resultaron ser más simples, paso inicial y dio una idea de la dinámica de cómo el agua recién derretida fluye desde el hielo.

"La idea principal era estudiar el disco de hielo que se derrite en un plato, pero comenzamos estudiando el disco de hielo en un baño, "dijo Dorbolo." En realidad, cuando volvimos al derretimiento del disco de hielo en un plato, descubrimos un mecanismo completamente diferente ".

El efecto se asemeja al efecto Leidenfrost, el foco de numerosos videos de YouTube que muestran gotas de agua "caminando" y "bailando" mientras flotan sobre superficies lisas lo suficientemente calientes como para hervir rápidamente la parte inferior de las gotas. La ebullición rápida produce un cojín levitante de vapor (vapor) entre la gota y la superficie de calentamiento, aumentando la movilidad de las gotas.

"Significa que debes tener un depósito térmico, como la piedra o la placa metálica, para derretir el hielo lo suficientemente rápido, "Dijo Dorbolo." Así que la tasa de flujo de fusión es importante. Si no es suficiente no tiene esta película lubricante entre el disco y la placa y no se puede mover. Por eso dijimos que era similar al efecto Leidenfrost ".

Dorbolo señaló cuidadosamente que el cojín líquido levitando de sus discos de hielo no era exactamente análogo al efecto flotante sentido por las gotas de Leidenfrost. aunque su interés en controlar el movimiento era común a muchos experimentos con gotas.

La configuración sólido-líquido-sólido de este fenómeno, a diferencia de la de sólido-gas-líquido en el caso de las gotitas, llevó al equipo a centrarse en la salida de agua del hielo que se derrite continuamente para investigar el control del movimiento del disco.

"Tienes un disco y debe derretirse lo suficientemente rápido para tener esta película de lubricación entre el disco y la placa, y luego debido a esta lubricación, el disco de hielo es muy móvil. Entonces, si no controlas el derretimiento, Verás moverse el bloque de hielo, "Dorbolo dijo

Si controlas el derretimiento, o más específicamente el flujo del hielo derretido cerca del disco, el equipo demostró que el movimiento final de giro y deslizamiento de los discos de hielo podía mantenerse y dirigirse.

Este control se logró, esencialmente, en forma de un pequeño agujero que hizo el equipo de Dorbolo en la superficie de la placa de metal, cerca del hielo flotante. El agujero conduce a una tubería de salida, actuando como un depósito a través del cual el agua escapaba continuamente después de fundirse sobre el metal termalizado. Para contener aún más el flujo de agua, El equipo también utilizó una cuidadosa colocación de vaselina en el plato.

Rastrearon el movimiento de un disco de hielo en forma de placa de Petri usando una elipse negra congelada en la parte superior del hielo, fotografiado por una cámara durante el experimento. El contraste y la forma asimétrica permitieron un control preciso del movimiento lineal y de rotación de los discos que luego el grupo de Dorbolo analizó en relación con otros datos. como temperatura y caudales.

Sus hallazgos ofrecen información sobre los mecanismos precisos del movimiento y qué factores impulsan los movimientos, como el grosor de la capa de agua o la dirección del flujo circular alrededor del borde del disco. Los científicos también destacan cómo se comparan los efectos del líquido con los efectos análogos del vapor en las gotas en el efecto Leidenfrost más ampliamente estudiado.

Aunque el proyecto difiere del principal objetivo de investigación de Dorbolo, reconoce muchas formas posibles de continuar con el estudio, ya sea cambiando la forma del hielo o la estructura de la superficie de la placa para efectuar la dinámica de flujo. También dijo con confianza:"La gente tendrá ideas".