EO

Is het dweilen van ijs eigenlijk wel nodig?

07 februari 2022 om 13:04 uur

De Olympische Winterspelen in Beijing zijn in volle gang. Veel kansen voor de Nederlandse sporters om medailles te scoren, met name op de schaatsbaan. Om de prestaties te bevorderen zorgen grote dweilmachines er tussen de bedrijven door voor dat de ijsbaan wordt gladgestreken. Maar is dat eigenlijk wel nodig?


In zekere zin niet: wetenschappers van het Institute of Physics aan de Universiteit van Amsterdam hebben aangetoond dat ijs zichzelf ook wel gladstrijkt. Dan moet je het echter wel een tijdje met rust laten.

 

Ruim 160 jaar geleden trok een effect dat sterk lijkt op wat op de ijsbaan gebeurt al de aandacht van natuurkundige Michael Faraday. Hij deed een eenvoudig experiment dat je ook zelf thuis kunt doen: neem twee ijsklontjes, leg ze in de vriezer op elkaar, en kijk een uur later of je ze nog van elkaar af kunt krijgen. Het antwoord is: nee, dat lukt niet. Faraday beschreef het plakkende fenomeen in een van zijn bekende kerstlezingen. Zijn conclusie was dat er zich aan de buitenkant van een ijsblokje altijd een dun laagje water bevindt, zelfs als je het bewaart bij een temperatuur ver onder het vriespunt. Wanneer je twee ijsblokjes op elkaar legt - aldus Faraday - bevriest dit laagje alsnog, wat ervoor zorgt dat je ze niet meer van elkaar krijgt.

 

Het duurde ongeveer honderd jaar voor natuurkundigen de claim van de grote wetenschapper Faraday tegen durfden te spreken. Men ontdekte dat moleculen aan het oppervlak van ijs niet noodzakelijk vloeibaar zijn, maar wel losser gebonden dan midden in het kristal. Hierdoor kost het relatief weinig energie om die moleculen over het oppervlak te bewegen, of zelfs los te maken.

 

Debat in de ijswereld

Drie nieuwe theorieën werden geopperd die mogelijk de dynamiek van de bovenste laag ijsmoleculen wél correct zouden beschrijven. Een debat in de ijswereld, tussen aanhangers van de volgende vier verklaringen, was geboren:

  • Het altijd aanwezige, dunne laagje water van Faraday;
  • De mogelijkheid voor moleculen aan het oppervlak van ijs om te sublimeren - van vast rechtstreeks gasvormig te worden - en vervolgens te condenseren;
  • De aanwezigheid van watermoleculen die zich binnen in het ijskristal (dus niet alleen aan het oppervlak) herschikken tot een nieuw geheel;
  • De optie van watermoleculen die aan het oppervlak van het ijskristal van positie wisselen, als een soort van schuifpuzzel.

Is het dweilen van ijs eigenlijk wel nodig?Links: Michael Faraday tijdens een van zijn kerstlezingen. Afbeelding: Alexander Blaikley. Rechts: Een schematische weergave van de vier theorieën die het vastplakkende effect van ijs kunnen beschrijven. Bron: ‘Sintering and microstructure of ice: a review', Jane R. Blackford. 

 

Het helende effect

In het nieuwe onderzoek stapelden natuurkundige Menno Demmenie en zijn collega's geen ijsblokjes, maar manipuleerden ze het oppervlak van ijs door er een minuscule snede in te maken. Ze observeerden de zo ontstane kras vervolgens lange tijd. Na een tijdsbestek van enkele uren bleek de kras verdwenen en was er weer een perfect laagje ijs ontstaan. Het ijs had zichzelf ‘genezen'. In de afbeeldingen hieronder is goed te zien hoe een dergelijke snede in de loop van de tijd inderdaad verdwijnt; een animatie van het verschijnsel is hier te vinden.

 

Is het dweilen van ijs eigenlijk wel nodig?De evolutie van een kras van ongeveer 2,5 micrometer diep, gemaakt in een laagje ijs met een temperatuur van -26°C. Afbeelding uit de publicatie van M. Demmenie et al. 

 

Het helende effect is vervolgens gemeten voor dertig verschillende krassen bij zes verschillende ijstemperaturen. Door de vier kandidaatmodellen statistisch te vergelijken met de metingen konden de onderzoekers vaststellen dat het helende effect wordt veroorzaakt door lokale sublimatie en condensatie - optie 2 uit het lijstje. Met andere woorden: watermoleculen komen even los van het oppervlak, om vervolgens weer neer te slaan in de snede, waardoor die langzaam gevuld wordt.

 

Pauzes schaatswedstrijden verlengen?

In plaats van dweilmachines te gebruiken zouden we de pauzes tussen de schaatswedstrijden dus ook kunnen verlengen met een aantal uur, waarna het ijs weer piekfijn in orde is. Naast de lange tijdsduur is daarbij nog een kanttekening te plaatsen: de dampdruk van het ijs en de lucht moeten net als in het experiment goed in evenwicht worden gehouden, om te voorkomen dat het vocht uit de lucht op het ijs zal condenseren en de baan juist weer verslechtert. Vooralsnog blijft men op de ijsbaan waarschijnlijk dus gewoon dweilmachines gebruiken.

 

Reacties (1)

ik geloof graag dat als je het ijs maar de tijd geeft dat krassen zich vanzelf herstellen. Maar als ervaren schaatser weet ik dat onder vochtige omstandigheden niet zozeer de krassen een rol spelen maar het aanvriezende vocht uit de omgevingslucht. Het oppervlak van de baan veranderd in schuurpapier. De scheidsrechter zal altijd de relatieve luchtvochtigheid in de gaten houden en stelt aan de hand daarvan in overleg met de ijsmeester het dwijlschema op. Op een baan zoals nu in Peking, en naar mijn ervaring ook die van Erfurth zijn de relatieve liuchtvochtigheden zo laag dat er in mijn optiek helemaal niet gedwijld hoeft te worden. De eerste rijders na de dwijl hebben daar in mijn optiek meer nadeel van dan de laatste rijders zonder dwijlpauze.
Bij hard ijs worden op een gegeven moment de bochten zo uitgetrapt dat je ook herstelwerk moet doen, maar met technisch zeer goed rijdende schaatsers zoals op de grote wedstrijden valt dat wel mee.

Daan Goense, 8 februari 2022 10:46
 

Gerelateerd nieuws

30 miljoen euro voor demonstratieprojecten groene waterstof

30 miljoen euro voor demonstratieprojecten groene waterstof

Vanaf 21 juni is de regeling Demonstratie Energie- en Klimaatinnovatie (DEI+) open met een nieuw thema: Waterstof en Groene Chemie. Hiervoor is €30 miljoen beschikbaar. De regeling is open tot 10 januari 2023. Wie het…

ING: industrie kan productiviteit ondanks personeelstekorten opvoeren door digitalisering

ING: industrie kan productiviteit ondanks personeelstekorten opvoeren door digitalisering

Structurele personeelstekorten stellen de technologische industrie voor grote uitdagingen, stelt ING: alles moet wijken om de toch al hoge productiviteit verder op te voeren. Het optimaal inzetten van digitale…

Onduidelijkheid over Energie-Opslagsystemen

Onduidelijkheid over veilige bedrijfsvoering energie-opslagsystemen

In NEN 4288: 2020 NL ‘Bedrijfsvoering van batterij-energieopslagsystemen’ is te lezen wat de eisen voor veilige bedrijfsvoering van batterij-opslagsystemen zijn. Maar wat veilige bedrijfsvoering inhoudt, daar zijn de…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Güdel Benelux
Güdel Benelux

Lineaire aandrijf componenten en oplossingen

Orfa Visser BV
Orfa Visser BV

Gespecialiseerd in Forceren, Dieptrekken, Flenswalsen, Lassen en Apparatenbouw.

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tevema
Tevema

Leverancier van technische standaardveren en normdelen, leverbaar uit voorraad.

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

30 augustus 2022, Utrecht

Technishow + Esef

TechniShow is ingedeeld in verschillende sectoren waar productietechnieken, fases en toebehoren van het...

21 september 2022

Design to Manufacturing (voorheen Prototyping MNE)

Netwerkbeurs en competentieplatform voor wie betrokken is in slimme maak- en ontwerprocessen.

27 september 2022, Utrecht

WoTS

World of Technology & Science bedient bezoekers uit industrie, laboratoria, zorg en wetenschap.

Meer agendapunten »