Simile all'effetto Leidenfrost visto nelle gocce d'acqua rapidamente bollenti, un disco di ghiaccio diventa molto mobile a causa di uno strato d'acqua levitante tra esso e la superficie liscia su cui si appoggia e si scioglie. La rotazione e la traslazione (scorrevole) altrimenti casuali del blocco di ghiaccio possono essere dirette controllando la dinamica del flusso del ghiaccio fuso trasformato in acqua vicino alla superficie del disco.

Durante il tentativo di preparare un esperimento per studiare le proprietà di adesione del ghiaccio, Stéphane Dorbolo, un ricercatore senior FNRS in fisica ospitato dall'Université de Liège in Belgio, lasciò cadere un blocco di ghiaccio a forma di capsula di Petri sulla superficie liscia, pavimento di cemento. Il suo movimento insolito, acquisendo una rotazione apparentemente casuale mentre si muoveva sul pavimento, spinse Dorbolo a indagare ulteriormente, dove i suoi eventuali risultati sulla levitazione del ghiaccio sono pubblicati nel diario di questa settimana Fisica dei fluidi , dall'editoria AIP.

"La storia era completamente diversa a causa di questo incidente, — disse Dorbolo. — La domanda era:perchè si muove? Perché in realtà, è una procedura molto comune:hai un blocco di ghiaccio e poi si scioglie. Ma non succede, Per esempio, su un piatto di plastica. Succede solo su pietre molto piatte, o su una piastra metallica. Questo è stato l'inizio".

L'area di contatto è molto più piccola su una pista di pattinaggio, tra la lama di un pattino e il ghiaccio, ma è per lo stesso motivo che i bordi delle lame dei pattini da ghiaccio devono essere lisci e tipicamente metallici, nell'hockey e nel pattinaggio artistico, dove il movimento regolare è fondamentale.

L'area chiave di interesse in questa indagine era l'interfaccia di fusione, dove la superficie che sostiene un disco di ghiaccio – sia esso pietra liscia e non porosa, metallo o anche una pozza d'acqua:fornisce calore relativo e scioglie rapidamente il ghiaccio.

Dorbolo e il suo team hanno precedentemente studiato le dinamiche di un tale disco di ghiaccio che si scioglie mentre riposa sulla superficie liquida dell'acqua. Questi moti del ghiaccio sono governati da interazioni diverse rispetto a se il ghiaccio poggiasse su una superficie solida, ma le indagini si sono rivelate più semplici, fase iniziale e ha fornito informazioni sulle dinamiche di come l'acqua appena sciolta fluisce dal ghiaccio.

"L'idea principale era studiare il disco di ghiaccio che si scioglie su un piatto, ma abbiamo iniziato studiando il disco di ghiaccio su un bagno, — disse Dorbolo. — Veramente, quando siamo tornati allo scioglimento del disco di ghiaccio su una piastra abbiamo scoperto un meccanismo completamente diverso".

L'effetto ricorda l'effetto Leidenfrost, al centro di numerosi video di YouTube con gocce d'acqua che "camminano" e "ballano" mentre galleggiano su superfici lisce abbastanza calde da far bollire rapidamente la parte inferiore delle goccioline. L'ebollizione rapida produce un cuscino levitante di vapore (vapore) tra la gocciolina e la superficie riscaldante, aumentando la mobilità delle gocce.

"Significa che devi avere un serbatoio termale, come la lastra di pietra o di metallo, per sciogliere il ghiaccio abbastanza velocemente, "Dorbolo ha detto. "Quindi la portata di fusione è importante. Se non è sufficiente, non hai questo film lubrificante tra il disco e la piastra e non può muoversi. Ecco perché abbiamo detto che era simile all'effetto Leidenfrost".

Dorbolo ha accuratamente sottolineato che il cuscino liquido levitante dei loro dischi di ghiaccio non era esattamente analogo all'effetto fluttuante avvertito dalle goccioline di Leidenfrost, sebbene il loro interesse per il controllo del movimento fosse comune a molti esperimenti con le goccioline.

La configurazione solido-liquido-solido di questo fenomeno, rispetto a quello solido-gas-liquido nel caso delle goccioline, ha portato il team a concentrarsi sul deflusso dell'acqua dal ghiaccio in continuo scioglimento per studiare il controllo del movimento del disco.

"Hai un disco e deve sciogliersi abbastanza velocemente da avere questo film lubrificante tra il disco e la piastra, e poi a causa di questa lubrificazione, il disco di ghiaccio è molto mobile. Quindi se non controlli lo scioglimento, vedrai il blocco di ghiaccio muoversi, "Dorbolo ha detto

Se controlli lo scioglimento, o più precisamente il flusso del ghiaccio fuso vicino al disco, il team ha dimostrato che il movimento finale di rotazione e scorrimento dei dischi di ghiaccio può essere sostenuto e diretto.

Questo controllo è stato raggiunto, essenzialmente, sotto forma di un piccolo foro che la squadra di Dorbolo ha praticato nella superficie della lastra di metallo, vicino al ghiaccio galleggiante. Il foro conduce a un tubo di uscita, fungendo da serbatoio attraverso il quale l'acqua fuoriesce continuamente dopo la fusione sul metallo termalizzato. Per contenere ulteriormente il flusso d'acqua, il team ha anche utilizzato un accurato posizionamento della vaselina sul piatto.

Hanno seguito il movimento di un dato disco di ghiaccio formato da una capsula di Petri usando un'ellisse nera congelata sopra il ghiaccio, ripreso da una telecamera durante l'esperimento. Il contrasto e la forma asimmetrica consentivano un monitoraggio preciso del moto sia lineare che rotatorio dei dischi che il gruppo di Dorbolo ha poi analizzato in relazione ad altri dati, come la temperatura e le portate.

I loro risultati offrono informazioni sui meccanismi precisi del movimento e su quali fattori guidano i movimenti, come lo spessore dello strato d'acqua o la direzione del flusso circolare attorno al bordo del disco. Gli scienziati evidenziano anche come gli effetti liquidi si confrontano con gli analoghi effetti del vapore sulle goccioline nell'effetto Leidenfrost più ampiamente studiato.

Sebbene il progetto si discosti dall'obiettivo primario di ricerca di Dorbolo, riconosce molti modi possibili in cui lo studio potrebbe essere ulteriormente proseguito, sia modificando la forma del ghiaccio o la struttura della superficie della piastra per influenzare la dinamica del flusso. Ha anche detto con sicurezza, "La gente avrà idee."