Assemelhando-se ao efeito Leidenfrost visto em gotículas de água fervendo rapidamente, um disco de gelo torna-se altamente móvel devido à levitação de uma camada de água entre ele e a superfície lisa na qual ele repousa e derrete. A rotação e translação aleatória (deslizamento) do bloco de gelo podem ser direcionadas controlando a dinâmica de fluxo do gelo derretido transformado em água perto da superfície do disco.

Ao tentar preparar um experimento para estudar as propriedades de adesão do gelo, Stéphane Dorbolo, pesquisador sênior da FNRS em física, hospedado pela Université de Liège, na Bélgica, deixou cair um bloco de gelo em forma de placa de Petri sobre a superfície lisa, Piso de concreto. Seu movimento incomum, adquirindo rotação aparentemente aleatória à medida que se movia pelo chão, levou Dorbolo a investigar mais, onde seus eventuais resultados sobre a levitação do gelo são publicados no jornal desta semana Física dos Fluidos , pela publicação AIP.

"A história foi completamente diferente por causa deste acidente, "disse Dorbolo." A questão era, por que ele se move? Porque na verdade, é um procedimento muito comum:você tem um bloco de gelo e ele derrete. Mas isso não acontece, por exemplo, em um prato de plástico. Isso só acontece em pedras muito planas, ou em uma placa de metal. Esse foi o começo. "

A área de contato é muito menor em uma pista de patinação, entre a lâmina de um patim e o gelo, mas é pela mesma razão que as bordas das lâminas do patim de gelo devem ser lisas e tipicamente metálicas, no hóquei e patinação artística, onde o movimento suave é fundamental.

A principal área de interesse nesta investigação foi a interface de fusão, onde a superfície suporta um disco de gelo - seja uma pedra lisa e não porosa, metal ou mesmo uma piscina de água - fornece calor relativo e derrete rapidamente o gelo.

Dorbolo e sua equipe estudaram anteriormente a dinâmica do derretimento de um disco de gelo enquanto descansava na superfície líquida da água. Esses movimentos do gelo são governados por diferentes interações do que se o gelo repousasse sobre uma superfície sólida, mas as investigações provaram ser mais simples, passo inicial e deu uma visão sobre a dinâmica de como a água recém-derretida flui do gelo.

“A ideia principal era estudar o derretimento do disco de gelo em um prato, mas começamos estudando o disco de gelo em uma banheira, "disse Dorbolo." Na verdade, quando voltamos ao derretimento do disco de gelo em uma placa, descobrimos um mecanismo completamente diferente. "

O efeito se assemelha ao efeito Leidenfrost, o foco de vários vídeos do YouTube apresentando gotas de água "andando" e "dançando" enquanto flutuam sobre superfícies lisas quentes o suficiente para ferver rapidamente a parte inferior das gotas. A fervura rápida produz uma almofada levitante de vapor (vapor) entre a gota e a superfície de aquecimento, aumentando a mobilidade da gota.

"Isso significa que você deve ter um reservatório térmico, como a pedra ou placa metálica, para derreter o gelo rápido o suficiente, "Dorbolo disse." Então, a taxa de fluxo de derretimento é importante. Se não for suficiente, você não tem esse filme lubrificante entre o disco e a placa e ele não pode se mover. É por isso que dissemos que era semelhante ao efeito Leidenfrost. "

Dorbolo apontou cuidadosamente que a almofada de líquido levitando de seus discos de gelo não era exatamente análogo ao efeito flutuante sentido pelas gotas de Leidenfrost, embora seu interesse em controlar o movimento fosse comum a muitos experimentos com gotículas.

A configuração sólido-líquido-sólido desse fenômeno, em oposição ao sólido-gás-líquido no caso das gotículas, levou a equipe a se concentrar no fluxo de água do gelo que derrete continuamente para investigar o controle do movimento do disco.

"Você tem um disco e ele deve derreter rápido o suficiente para ter essa película de lubrificação entre o disco e a placa, e então por causa dessa lubrificação, o disco de gelo é muito móvel. Então, se você não controlar o derretimento, você verá o bloco de gelo se mover, "Dorbolo disse

Se você controlar o derretimento, ou mais especificamente o fluxo do gelo derretido perto do disco, a equipe mostrou que o movimento final de rotação e deslizamento dos discos de gelo pode ser sustentado e direcionado.

Esse controle foi alcançado, essencialmente, na forma de um pequeno orifício feito pela equipe de Dorbolo na superfície da placa de metal, perto do gelo flutuante. O buraco leva a um tubo de saída, atuando como um reservatório através do qual a água escapou continuamente após derreter no metal termalizado. Para conter ainda mais o fluxo de água, a equipe também usou a colocação cuidadosa de vaselina na placa.

Eles rastrearam o movimento de um disco de gelo formado por uma determinada placa de Petri usando uma elipse preta congelada no topo do gelo, fotografado por uma câmera durante o experimento. O contraste e a forma assimétrica permitiram o monitoramento preciso do movimento linear e rotacional dos discos que o grupo de Dorbolo então analisou em relação a outros dados, como temperatura e taxas de fluxo.

Suas descobertas oferecem uma visão sobre os mecanismos precisos do movimento e quais fatores impulsionam os movimentos - como a espessura da camada de água ou a direção do fluxo circular em torno da borda do disco. Os cientistas também destacam como os efeitos do líquido se comparam aos efeitos análogos do vapor em gotículas no efeito Leidenfrost, mais amplamente estudado.

Embora o projeto divirta do objetivo principal de pesquisa de Dorbolo, ele reconhece muitas maneiras possíveis de prosseguir com o estudo, seja mudando a forma do gelo ou a estrutura da superfície da placa para afetar a dinâmica do fluxo. Ele também disse com segurança, "As pessoas terão ideias."