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Perché sul ghiaccio si scivola?

(Risponde Marco Guagnelli)

Considerando due corpi solidi in contatto, abbiamo una situazione di equilibrio quando la forza totale agente sui corpi stessi è nulla. Nel computo delle forze, dobbiamo naturalmente tener conto anche delle cosiddette forze di reazione che i due corpi esercitano, nel contatto, l'uno sull'altro. Ad esempio, un libro poggiato su un tavolo è soggetto alla forza peso, che tende ad attrarlo verso la terra: a questa forza si oppone la reazione del piano del tavolo. Se ora proviamo a spingere il libro, in modo da farlo muovere orizzontalmente sul tavolo, compare un altro tipo di forza, detta forza d'attrito. Questa forza si oppone al moto del libro ed è detta dissipativa: questo vuol dire che il lavoro che compiamo per muovere il libro (lavoro = forza per spostamento) si trasforma (ovvero si dissipa) in un tipo di energia ``meno nobile'' (calore). 

Se abbiamo una superficie tale che l'attrito da strisciamento è cosí piccolo da poter essere considerato trascurabile, abbiamo una superficie perfettamente liscia. Ovviamente superfici perfettamente lisce non esistono (sono solo delle utili approssimazioni): tra due corpi qualsiasi c'è sempre almeno un po' d'attrito. In particolare le forze d'attrito dipendono dalle particolari caratteristiche fisiche dei corpi in contatto. È esperienza comune che su un pavimento di marmo è molto piú facile scivolare che non sull'asfalto, ed è anche evidente che con le suole di gomma, anche sul marmo si scivola di meno. Si dice che una superficie di un certo materiale ha un certo coefficiente d'attrito, ossia una grandezza fisica che indica quanto è ``difficile'' scivolare su quella superficie. 

Dopo questa introduzione, veniamo al problema del ghiaccio. Lo strato di ghiaccio (per esempio quello di una pista di pattinaggio) è a una temperatura minore di zero gradi centigradi. L'atmosfera esterna è a una temperatura che, per esempio, è maggiore di 0. In queste condizioni, lo strato piú superficiale di ghiaccio comincia a sciogliersi. La sottile pellicola d'acqua che si forma ha due effetti: 

A questi due fatti se ne deve aggiungere un altro, molto importante: quando ``passeggiamo'' su una superficie ghiacciata, esercitiamo una forza (la forza peso) sulla superficie stessa, ossia una pressione su quella parte della superficie a contatto con la suola delle scarpe. L'aumento di pressione su quella parte della superficie ghiacciata ha come effetto quello di abbassare il punto di congelamento dell'acqua, favorendo cosí ancora di piú lo sciogliersi del ghiaccio, e la creazione della pellicola d'acqua che rende il ghiaccio scivoloso. Questo spiega, tra l'altro, perché i pattini da ghiaccio hanno delle lame relativamente affilate sotto gli scarponi: la pressione infatti è definita come la forza esercitata per unità di superficie: a parità di forza (il nostro peso è sempre lo stesso), se la superficie di contatto diminuisce (la lama ha una piccola superficie di contatto con il ghiaccio) la pressione aumenta, e questo favorisce il fenomeno di scioglimento ``locale'' (ossia solo in prossimità della lama): questo rende piú facile lo scivolamento della lama sul ghiaccio. 

 


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