نسیم گیلان - ایسنا / نتایج پژوهش جدید نشان داد در سرمای شدید، برخلاف روش‌های معمول که از گرما برای ذوب یخ استفاده می‌کنند، سردتر کردن سریع یخ می‌تواند باعث ترک خوردن و جدا شدن آسان آن از سطح شود.
پژوهشگران راهی متفاوت برای مقابله با یخ‌زدگی سطوح پیدا کرده‌اند به‌طوری‌که سرد کردن سریع یخ تا دمای منفی ۷۶ درجه فارنهایت (منفی ۶۰ درجه سانتیگراد) باعث ایجاد ترک در آن و جدا شدن تقریبا بدون اعمال نیرو از سطح فلزی شد.
آنان دریافتند آنچه میزان جدا شدن یخ را تعیین می‌کند، نه میزان انقباض سطح هنگام سرد شدن، بلکه سرعت انتقال گرما از یخ به سطح زیرین است.
در این آزمایش، آب تصفیه‌شده در دمای اتاق روی سطوح مختلف منجمد شد و سپس نمونه‌ها روی یخ خشک قرار گرفتند تا دمای آنها به منفی ۷۶ درجه فارنهایت برسد. در کمتر از ۲۰ ثانیه، روی یخ متصل به آلومینیوم ترک ایجاد شد، در حالی که ایجاد ترک روی شیشه حدود سه دقیقه طول کشید و روی پلی‌کربنات حتی پس از دو ساعت نیز ترک قابل مشاهده‌ای ایجاد نشد.
دلیل این تفاوت، رسانایی حرارتی مواد بود. فلزات گرما را بسیار سریع‌تر از شیشه و پلاستیک منتقل می‌کنند بنابراین یخ متصل به فلز نیز سریع‌تر سرد می‌شود و بیشتر منقبض می‌شود.
پژوهشگران توضیح دادند: وقتی یخ به‌شدت سرد می‌شود، تمایل دارد منقبض شود اما اتصال آن به سطح زیرین مانع این انقباض می‌شود. در نتیجه، درون یخ تنش کششی ایجاد شده و این تنش موجب شکل‌گیری ترک و جدا شدن یخ از سطح می‌شود.
بر اساس نتایج آزمایش، سرد کردن نمونه از منفی ۱۰ درجه به منفی ۶۰ درجه سانتیگراد باعث کاهش حدود ۹۹ درصدی چسبندگی یخ به فولاد و کاهش حدود ۷۸ درصدی آن به شیشه شد. در مقابل، میزان تغییر چسبندگی روی پلاستیک بسیار کمتر بود.
عملکرد بهتر فیبر کربن
پژوهشگران این روش را روی فیبر کربن و فیبر شیشه‌ای نیز آزمایش کردند، این مواد در ساخت بال هواپیما و پره توربین‌های بادی کاربرد دارند. در دمای منفی ۷۶ درجه فارنهایت، چسبندگی یخ به فیبر کربن حدود ۹۰ درصد کاهش یافت، در حالی که این کاهش برای فیبر شیشه‌ای حدود ۷۰ درصد بود.
این یافته می‌تواند در آینده برای طراحی سطوح مقاوم‌تر در برابر یخ‌زدگی، ازجمله بال هواپیما، پره توربین‌های بادی و تجهیزات مورد استفاده در مناطق قطبی مورد توجه قرار گیرد، با این حال، این روش تاکنون فقط در آزمایشگاه بررسی شده و هنوز روی بال هواپیما یا پره توربین در شرایط واقعی آزمایش نشده است.
بر اساس گزارش سایت ارث، پژوهشگران تاکید کردند: رسانایی حرارتی مواد با تغییر دما تغییر می‌کند و سرد کردن سازه‌های بزرگ تا چنین دماهایی در شرایط واقعی، چالش مهندسی است.
نتایج کامل این پژوهش در نشریه Newton منتشر شده است.