Rollreibung auf den Oberflächen 

von Eis und Schnee?

Wasser ist die Substanz mit den meisten Veröffentlichungen und der größten Bedeutung für das Leben auf der Erde. Das ist erstaunlich, denn Wasser ist ein sehr einfaches Molekül, aber eines mit besonderen kollektiven Eigenschaften. Noch erstaunlicher ist, dass es immer noch einen alltäglichen Bereich des Wassers gibt, wie die Glätte des Eises, für den es noch keine allgemein akzeptierte Theorie hat. Aus den vielen Arbeiten, die in den letzten 170 Jahren über Eis durchgeführt wurden, ist bekannt, dass die Oberfläche von Eis im Vergleich zu anderen Festkörpern auch ohne Reibung und Druck sehr gleitfähig ist. Dies liegt daran, dass die molekulare Struktur des Eises an der Oberfläche andere Eigenschaften aufweist als im Inneren. Die Eigenschaften dieser Oberflächenschicht sind in ihrem Aufbau, ihrer Dicke und ihren Eigenschaften auch mit modernsten Methoden nur indirekt messbar. Sicher ist, dass das Gleiten auf Eis nicht auf einer Schicht aus normalem flüssigem Wasser stattfindet, da Wasser erfahrungsgemäß ein schlechtes Schmiermittel ist. Trotzdem wird in vielen Arbeiten von einer „quasi-flüssigen“ Oberflächenschicht mit Gleiten auf einer Flüssigkeitsschicht gesprochen. In flüssigem Wasser sind käfigartige Wasser-Cluster bekannt, die beim Gefrieren an die Oberfläche gedrückt werden, ihre Dichte verringern und sich dort als Nanopartikel-Schicht ablagern. Diese Mischung aus runden Eis-Festkörpern ermöglicht Rollreibung, was die niedrigen Reibungskoeffizienten von Eis auch bei kleinen Geschwindigkeiten im Temperaturbereich unter minus 0,5°C erklären kann.

Abstract

Water is the most published substance and the most important for life on earth. This is amazing because water is a very simple molecule, but a molecule with special collective properties. Even more astonishing is that there is still one common area of water, such as the slipperiness of ice, for which no theory has been widely accepted. From the many works on ice over the past 170 years, it has been recognized that the surface of ice is very slippery compared to other solids, even without friction and pressure. This is because the molecular structure of ice has different properties on the surface than in the interior. The characteristics of this surface layer can only be measured indirectly in terms of its structure, thickness, and properties, even with the most modern methods. What is certain is that gliding on ice does not occur on a layer of ordinary liquid water, as we know from experience that water is a poor lubricant. Nevertheless, many papers speak of a "quasi" liquid surface layer with gliding on a liquid. Cage-like clusters of water are known in liquid water, which are pressed to the surface when they freeze to ice, reduce the density, and are also deposited there as a spherical layer of particles. This mixture of rounded ice solids allows for rolling friction, which explains the low coefficient of friction of ice, even at low speeds in the temperature range below minus 0.5°C.