Hvordan forsker du egentlig på det som skjer under en ski? Skien er jo i veien.

Observatøren – altså forskeren – kan ikke gjøre sine studier uten å løfte skien vekk. Og da er softisen ødelagt.

Dette er skiforskningens svar på mystikken bak kvantefysikk – observatøren påvirker eksperimentet.

Du vet ikke om katta er død eller levende før du åpner kassa og ser etter. Katta til Schrödinger er blitt glatta til Schrödinger.

• Les også: Schrödingers springbrett

Ski på is

Løsning: Glem Schrödinger! Observer skiene utenfra! Mål friksjonen mot is ved forskjellig fart og temperatur! Sammenlign med teoretiske modeller av friksjonen!

Dette har den tyske forskeren Bo Persson ved Forschungszentrum Jülich gjort.

Hvilken modell passer best? Vi starter forklaringen med at skien står stille på isen.

Hva? Ski på is? Går ikke skiløpere på snø? Jo, men snø er også is, bare i krystaller. Glem krystallene. Her snakker vi stilisert, teoretisk virkelighet.

Is er ikke glatt

Når du står stille, er ikke isen glatt. Is er nemlig ikke glatt i seg selv. Først når du setter skien i bevegelse, skjer det noe. Friksjonen mellom ski og is lager varme.

Varmen lager et tynt lag vann. Det tynne laget vann virker som glidemiddel.

• Les også: Fysikk med fraspark

Oddvar Brå

Men her skiller de enkleste teoriene og praksis lag. Altså ikke teoriene til Persson, men de enkleste.

Disse teoriene sier nemlig at det går et brått skille ved en bestemt temperatur. La oss kalle denne temperaturen T for Oddvar, siden overgangen er brå. Ved T = Oddvar smelter isen brått.

Skiløperen burde hatt en brå overgang fra trått underlag til god gli ved Oddvar. Men sånn er det ikke.

Bibelvers på glid

Tvert imot – friksjonen avtar litt etter litt. Jo fortere skiene rasker over isen, desto lettere glir de.

Med andre ord: Mye får mer. Dette er skisportens svar på bibelverset der Jesus begrunner bruk av lignelser – den tids populærvitenskap – med tidenes urettferdighet: For den som har, skal få, og det i overflod. Men den som ikke har, skal bli fratatt selv det han har.

I dette tilfellet altså gliden under skien. Men hvorfor kommer overfloden så gradvis?

Ufullkommen ufullkommenhet

Svaret er: Overfloden kommer i små drypp. Smeltingen skjer ikke samtidig overalt under skien.

Små uregelmessigheter i sålen og andre ufullkommenheter sørger for det.

Men disse ufullkommenhetene er ufullkomment forklart. Eksperimenter viser at overgangen er enda mer gradvis. Skiene begynner å gli lettere ved enda lavere fart.

Uendelig skisløyfe

Her kommer den teoretiske modellen til Persson inn. Den ender opp i en slags uendelig skisløyfe – vel å merke ikke lysløypa i Kollen:

Skien får litt fart. Friksjonen øker. Det blir varmere. Isen smelter til et vannlag. Vannlaget gir gli. Friksjonen minker. Det blir kaldere igjen. Vannlaget fryser til is. Friksjonen øker. Det blir varmere. Isen smelter til et vannlag. Vannlaget gir gli. Friksjonen minker …

Når skal dette ende? Aldri, ved denne lave farten. Persson beskriver en limbo som kan forklares på to måter.

Skum eller softis

Den ene er et nanotynt skum av smelting og frysing som bobler under skien. Den andre – og mer sannsynlige ifølge Persson – er softis.

Riktignok uten strøssel og vaniljesmak, men en slags myk is. Den blir gradvis mykere jo fortere skien går og jo varmere det blir, og jo nærmere isen er til å smelte helt.

Livet ved de små hastigheter

Har dette noen praktisk betydning? Jeg vet ikke, svarer Persson i en e-post til forskning.no, men legger likevel til:

– Kanskje for små glidehastigheter hvor du noen ganger ønsker høy friksjon istedenfor lav friksjon, for eksempel når du beveger deg oppoverbakke.

Isbreer og skøyteløpere kan også dra nytte av å sette seg inn i beregningene, antyder den vitenskapelige studien.

• Se også: Multimedia om isbreer (krever Flash)

Anti-Matteus

Og for de som synes at urettferdigheten ikke burde skje fyldest – i protest mot bibelverset  Matteus 13.12 – kan vi berolige: Det finnes en motsatt effekt.

Den slår inn ved enda høyere fart. Da blir nemlig vannlaget under skia så tykt at vannet begynner å bremse. For den som har for mye …

Men det er en annen historie.

Referanse:

B.N.J. Persson: Ice friction: Role of non-uniform frictional heating and ice premelting, The Journal of Chemical Physics, 143, 224701 (2015), doi: 10.1063.