В фильме про легендарного норвежского северного путешественника и первооткрывателя "Амундсен" есть интересный момент.
Когда главный герой, в честь которого и назван фильм, рассказывает о предполагаемой экспедиции географическому обществу, то он использует фразу:
Местные индейцы специально намораживают на полозья саней лёд, поскольку при таких температурах снег превращается в песок.
Что же, это вполне реальная ситуация и действительно при некоторых критических температурах (это значение, подходящее под конкретные условия и они могут различаться) снег перестаёт скользить. Сани просто невозможно сдвинуть с места. Потому у северных индейцев был особый способ улучшить скольжение и эта методика годами передавалась от отца к сыну.
Вероятно и вы ощущали нечто подобное. Если вы катались на лыжах в сильный мороз (при минус 20 я уже такое наблюдал), то без специального состава для промазки поверхностей скольжения, даже пластиковые лыжи начинают набирать на себя снег и на них образуется лёд. При этом и сам снег скользит значительно хуже. Ну и лыжи не едут.
Всему виной физика процесса. Я как-то писал на канале о странной механике скольжения лыж по снегу и она не так проста, как кажется на первый взгляд.
Взаимодействие подразумевает образование твёрдо-жидкой фазы под поверхностью скольжения из-за давления на снег и механического движения, повышающего температуру. И потому лыжи буквально скользят по мокрому снегу, а прослойка воды уменьшает трение. Но при сильном морозе эта прослойка мгновенно схватывается и лыжи не едут.
При агломерации из кристалликов снега, которые при меньших морозах не столь жёсткие и более или менее податливые, превращаются во что-то типа наждачной бумаги.
Такая же история и с полозьями. И всё значительно хуже, когда дело происходит где-то в Арктике.
Потому на протяжении тысяч лет существовала технология, в которой ключевым инженерным материалом был… лёд. Причём использовался он не как строительный блок, а как функциональное покрытие, оптимизирующее движение.
Северные индейцы, инуиты и другие народы Крайнего Севера сознательно намораживали лёд на полозья саней.
Процесс выглядел примерно так. Полозья обливали холодной водой или обмазывали мокрым снегом. Давали воде полностью замёрзнуть. Процедуру повторяли несколько раз. В итоге получался ровный, прозрачный, твёрдый ледяной башмак на полозьях. После замерзания лёд подрезали ножом, выравнивали и слегка закругляли края. Слишком толстый лёд трескался, а слишком тонкий быстро стирался. Потому искусство изготовления такого покрытия передавалось годами и стало традиционным.
С точки зрения современной физики это решение выглядит не примитивным, а удивительно точным. Лёд скользкий не потому, что гладкий, а потому что он сам создаёт смазку в момент движения. И, в отличие от обычных лыж, даже тонкий слой льда уже сохраняет эти свойства благодаря собственной высокой теплоемкости.
Лёд на полозьях изначально гладкий. При этом его способность сохранять собственную температуру позволяет некоторое время избегать проблемы, обозначенной выше. Даже в сильный мороз такое "покрытие" продолжает скользить по снегу довольно длительное время, а потом его обновляют.
Современным языком это можно назвать самоадаптирующимся трибологическим покрытием.
Любая поверхность изнашивается. Но лёд в этом смысле уникален. Он изнашивается предсказуемо, легко восстанавливается и для ремонта не нужны инструменты - только вода и мороз.
Северные народы не знали слов коэффициент трения или фазовый переход, но знали результат. Метод намораживания льда сохранялся столетиями не по традиции, а потому что он работал лучше альтернатив.
Сегодня мы используем парафины для лыж, фторполимеры и композитные полозья. Но принцип остался тем же - минимизировать трение за счёт контролируемого взаимодействия поверхности с микрослоем воды.
Всё про физику севера и неожиданные решения или традиции в этой подборке: