Perché gli sci scivolano sulla neve?

Qual è la scienza che sta dietro al funzionamento degli sci? Attrito, velocità, pendenza… La verità è che scivoliamo sull’acqua.

Cosa ci permette di scendere lungo i pendi innevati, fare curve e scivolare dalla cima verso valle con delle tavole ai piedi, che siano sci o snowboard? Perché in primavera, quando ormai la neve sta scomparendo diventa sempre più complicato sciare? Dietro a questo c’è tanta fisica e anche un po’ di chimica.

Lo sci sulla neve: la magia dell'acqua e le forze in gioco

Siamo portati a pensare che semplicemente gli sci funzionano perché la base liscia e uniforme degli sci scivola sulla superficie della neve grazie anche a un po’ in pendenza. Ma c’è molto altro sotto. L’insieme di forze che agiscono nell’istante in cui ci mettiamo in piedi sugli sci fa accadere qualcosa di sorprendente creando un sistema molto complesso di equilibri tra forze in cui la chiave è la pressione e le straordinarie proprietà dell’acqua. In tutta questa storia intervengono diversi fattori: il nostro peso, la composizione della neve (naturale o artificiale), le dimensioni della superficie dello sci o snowboard. Cosa succede esattamente? Quale strana magia? Bene, in realtà lo sci funziona sulla neve perché non scivoliamo sulla neve, ma scivoliamo sull’acqua. Vediamo perché.

La neve possiede una temperatura di fusione, a cui è possibile osservare il cambio di stato (da solido a liquido in questo caso). A questa temperatura le molecole di acqua in forma solida, iniziamo ad agitarsi sempre più velocemente e sbattere tra loro sempre più frequentemente avendo così l’energia per rompere i legami tra gli atomi che la compongono cioè di ossigeno e idrogeno. Il ghiaccio si è trasformato in acqua liquida. Qui giocano anche un ruolo fondamentale le proprietà della neve come la sua compattezza e la quantità di aria intrappolata nella struttura. Poi dalla termodinamica sappiamo che questa particolare temperatura cambia in base alla pressione e in particolare si riduce all’aumentare di questa. Allora entra in gioco una forza chiamata forza peso.

La forza di pressione sulla neve: il segreto di come gli sci scivolano sull'acqua

La forza peso che agisce su una superfice diventa una forza di pressione.  Il nostro corpo sugli sci agisce con una pressione sulla superficie nevosa sottostante e porta quindi a una riduzione della temperatura di fusione. La neve si scioglie e si viene a formare un sottile strato di acqua liquida su cui scivolare. Questa forza di pressione è fortemente influenzata dalla superficie su cui è applicata e dal peso. Quindi maggiore è il peso, maggiore la pressione e maggiore sarà la lamina di acqua che generiamo. Tuttavia, tanto più la superficie su cui è distribuito il peso è ampia tanto meno sarà la forza esercitata. Ecco perché gli sci sono lunghi e molto sottili nella parte centrale. In questo modo la forza di pressione risulta elevata e in grado di formare il cuscinetto di acqua.

La scienza dietro lo sci sulla neve: come l'attrito, la temperatura e la superficie degli sci creano la magia dello scivolamento sull'acqua

Abbiamo definito che è proprio lo strato di acqua che si genera a garantire agli sci di scivolare. Ma quindi in qualche modo la temperatura della neve aumenta e si scioglie. Però, non abbiamo nessun fuoco acceso o apparentemente nessuna fonte di calore. In questo caso c’entra la velocità di discesa e l’attrito, una forza che gli sciatori hanno bene in mente. L’attrito non è altro che la forza che si oppone al movimento verso il basso lungo la pista. L’attrito prima è statico, non appena ci mettiamo in movimento diviene dinamico. Scendendo lungo il pendio si va contro l’attrito dinamico e acquisiamo una certa energia cinetica che viene trasformata in energia termica, cioè calore per via dello sfregamento tra neve e superficie dello sci. Il calore generato è il responsabile dell’aumento della temperatura e della fusione della neve. L’acqua che si ha sotto gli sci non viene percepita, e non vengono creati dei torrenti dietro il nostro passaggio ma in questo modo l’attrito è molto minore rispetto a quello che si sperimenta tra gli sci e gli infiniti cristalli di ghiaccio che compongono la neve. Per gestire meglio l’attrito gli sci vengono trattati con strati di materiale idrorepellente che respinge lo strato di acqua, diminuisce l’attrito e regola l’aderenza per ottenere la corretta velocità per la discesa. Chiaramente per una corretta e buona discesa c’è in gioco anche il superamento dell’attrito dell’aria, il raggio di curvatura dello sci ma questa è un’altra storia.

Studiare cosa succede tra la superficie della neve e degli sci è molto complesso e affascinante al tempo stesso. È oggetto di studio di diverse discipline scientifiche, la scienza che studia le superficie e le interazioni tra liquidi e solidi, la scienza dei materiali che indaga il materiale leggero e performante con cui costruire uno sci e nuove soluzioni idrorepellenti per ridurre l’ostacolo allo scivolamento.

Insomma, dietro alle discese dalle cime del Trentino-Alto Adige o dagli incantevoli pendii di Bormio c’è tanta sorprendente scienza e meccanismi particolari della natura che ci rendono possibile questo sport tanto amato.

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Nel film Di Caprio si trova a discutere con importanti personalità riguardo alla crisi climatica che da anni affligge la nostra Terra. L’attore diventa quindi testimone e voce di un cambiamento che in tanti vogliono, un cambiamento necessario se non vogliamo essere vittime di un disastro ambientale senza pari.

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