Fysici buigen zich over glad ijs

Vorige week was het twintig jaar geleden dat de Elfstedentocht voor het laatst werd gereden. Toch is de Elfstedenkoorts er bij veel Nederlanders niet minder om, zeker nu het weer kouder wordt. En ook wetenschappers blijven schaatsen interessant vinden. Dat ijs glad is, lijkt misschien voor de hand te liggen, maar weten we eigenlijk wel waarom dat zo is? Fysici van de Universiteit Leiden zijn druk bezig daar achter te komen.

Het is een vreemd gezicht. Een machine beweegt een stukje afgezaagde schaats heen en weer over een flinterdun laagje ijs. Onderzoekers houden de meetresultaten nauwgezet bij. In het laboratorium van Tjerk Oosterkamp, hoogleraar experimentele natuurkunde en fanatiek schaatser, is dit dagelijkse kost. Zij hopen te ontdekken welke eigenschappen van ijs het zo geschikt maken om op te schaatsen.

Het meetinstrument, met zorg ontworpen door de Fijnmechanische Dienst van het Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde, bestaat uit een printplaatje met een elektrode erop. Daaroverheen ligt een heel dun laagje ijs van slechts tweehonderd micrometer dikte, een vijfde van een millimeter. Oosterkamp: "Met de schaats gaan we over het ijs heen en weer. Door een klein stroompje door het ijs te laten gaan, kunnen we meten hoeveel water er is gevormd."

Hydrofoob of hydrofiel?

Volgens Oosterkamp is het dat laagje water dat het ijs zo geschikt maakt om op te schaatsen. Hardheid en gladheid spelen ook een rol, maar zijn niet doorslaggevend. Schaatsen op een harde betonnen ondergrond zou nooit werken. Een betonnen vloer ingesmeerd met zeepsop is weliswaar heel glad, maar je komt er niet op vooruit.

Als je bij beton over een plek schaatst die niet helemaal effen is, ga je meteen onderuit. Als je dat bij ijs doet, smelt je schaats zo de hobbel weg. Water smelt als je het onder druk zet of door wrijving, bijvoorbeeld die van een schaats.

Met computermodellen is de invloed van die wrijving redelijk te voorspellen. Toch doet Oosterkamp praktisch onderzoek: "Je kunt met die computermodellen heel goed berekenen hoe zo'n laagje zich zal gedragen. Maar om echt nieuwe dingen te ontdekken, zul je zelf moeten meten hoe dik dat waterlaagje nu eigenlijk is, en hoe het zich gedraagt."

Hoeveel water zich vormt zou weleens van grote invloed kunnen zijn op de gladheid van het ijs. De onderzoekers kijken echter niet alleen naar het water, maar ook naar de interactie tussen dat water en het ijzer van de schaats. Misschien gaat een schaatser wel veel sneller op een waterafstotende schaats. Met een coating zou je het ijzer hydrofoob kunnen maken. Het is ook mogelijk dat juist een hydrofiele schaats, die de waterdruppels vasthoudt, veel beter werkt. Daar proberen Oosterkamp en zijn team achter te komen.

De situatie die nu in het lab wordt nagebootst, lijkt nog niet heel erg op die van een Elfstedentocht. De schaats draagt maar een gewicht van vijf kilo. En ijs van tweehonderd micrometer is ook behoorlijk dunner dan het minimaal vijftien centimeter dikke ijs dat vereist is voor een Elfstedentocht. Binnenkort schakelen de onderzoekers daarom over op een testgewicht van 75 kilo. De schaatsen die gebruikt worden, zijn al wel realistisch.

Voor het onderzoek zou het misschien beter zijn als het niet al te hard gaat vriezen. Oosterkamp: "Als er buiten ijs ligt, neem ik een dag vrij om te gaan schaatsen. Ik ben ook lid van de Vereniging De Friesche Elf Steden. Toen de Elfstedentocht in 1997 werd gereden, kon ik helaas niet meedoen, ik lag met koorts op bed. Mijn vader en broer hebben wel allebei een kruisje gehaald."