Čím déle je sněhová pokrývka vystavena teplotám vzduchu a okolí nad bodem mrazu a čím jsou tyto teploty vyšší, tím rychleji sněhové krystaly a zrna tají. K tání dochází vždy na povrchu sněhových krystalů a zrn. Pokud jsou sněhová zrna propojená tzv. krčky či můstky, rozpouští se nejprve tyto můstky a sněhová zrna získávají větší pohyblivost.

Tání neznamená nic jiného než přechod vody z pevného do kapalného skupenství, tedy změnu molekulární mřížky vody. Zatímco vodní film na povrchu sněhových či ledových zrn na úrovni nano, tzv. QLL (quasi liquid laser) zodpovídá za „kluzkost“ ledu, a jak všichni víme, led je kluzký i anebo lépe především při teplotách pod bodem mrazu, je tzv. volná voda, tedy vody vzniklá roztáním sněhových zrn či krystalů, která postupně vyplňuje volný prostor mezi jednotlivými pevnými částicemi sněhové pokrývky, extrémně špatný lubrikant.

Ano, je to tak, unikátnímu vodnímu filmu na povrchu ledových a sněhových zrn na úrovni nano, tedy QLL, vděčíme za skluznost sněhové pokrývky a nízké koeficienty tření, které umožňují většinu zimních sportů, zatímco tzv. volná voda vznikající ve sněhové pokrývce při teplotách vzduchu nad bodem mrazu způsobuje, že lyže za teplých podmínek nejedou, nebo jedou velmi špatně…

Co tedy rozhoduje o přijatelném skluzu – úplně dobrý totiž nikdy nebude – za mokrých podmínek?

O dobrém skluzu za teplých podmínek rozhoduje:

  • hydrofobie
  • špíno-odpudivost
  • zmenšení kontaktní plochy
  • eliminace aquaplaningu a obnova kontaktu s QLL

Jedete lesním úsekem po zmrzlém zledovatělém sněhu jako blesk, tedy kloužete po QLL, a pak vlétnete do osluněné partie stopy plné volné vody, lyže se téměř zastaví na místě - jste rádi, že jste nespadli. Takový je rozdíl mezi skluzností QLL a volné vody…

Hydrofobie neboli vodoodpudivost

Hydrofobie neboli vodoodpudivost je hlavní vlastností skluzných přípravků pro teplé podmínky. Molekuly volné vody mají tendenci se „chytat“ povrchu skluznice pomocí mezimolekulárních vazeb. Pokud skluznice toto zachytávání vody na svém povrchu „blokuje“ či „znemožňuje“ nebo alespoň „omezuje“, podstatným způsobem se zlepší skluz. Extrémní hydrofobie byl také důvod, proč za teplých podmínek tak dobře fungovaly fluorové vosky.

Dlouho se myslelo, že za velmi vysoké koeficienty tření za teplých podmínek, tedy na silném vodním filmu, zodpovídají sací efekty a kapilární krčky. Dnes však víme, že to jsou primárně mezimolekulární vazby, kterými se volná voda zachytává na povrchu skluznice.

Hydrofobie je zkrátka a dobře základní vlastností, která zlepšuje skluz za teplých podmínek. Polyetylen, zvláště druhy s vysokou molekulární hmotností jsou samy o sobě vysoce hydrofobní, bohužel abraze, opotřebení a zvláště oxidace hydrofobii PE prudce snižují.

Špínoodpudivost

Teplé podmínky bývají nezřídka současně výrazně znečištěné. Navíc se za teplých podmínek významně projevuje jeden vedlejší efekt skluzných přípravků pro mokré podmínky: hydrofobie jde ruku v ruce s délkou molekulární řetězce vosků: čím kratší, tím více hydrofobní, tedy vodoodpudivý, což je vlastnost, o kterou za mokrých podmínek usilujeme. Krátké řetězce se ale projevují rovněž v klesající tvrdosti, tedy čím kratší, tím měkčí vosk. Měkké vosky ale – bohužel – velmi dobře vážou špínu. Navázaná špína ale zároveň významně snižuje hydrofobii.

Pokud jsou tedy teplé podmínky zároveň znečištěné, musíme věnovat zvýšenou pozornost špínoodpudivosti. Vzhledem k tomu, že vysoce hydrofobní přípravky jsou zároveň měkké, zlepšuje se špínoodpudivost přídavkem aditiv.

Nezapomínejme však na skutečnost, že znečištěný povrch skluznice ztrácí primárně svoji hydrofobii. A hydrofobie je hlavní vlastností, která zlepšuje skluz za mokrých podmínek.

Zmenšení kontaktní plochy lyží

Za teplých podmínek je skutečná kontaktní plocha, na které se odehrává skluz na sněhové pokrývce, obrovská. V zásadě se rovná ploše skluznice, respektive ploše kontaktních oken. Ať tak či tak, je skutečná kontaktní plocha mezi povrchem skluznice a povrchem sněhové pokrývky – zprostředkovaná silným vodním filmem – v řádu stovek centimetrů čtverečních.

Pouze pro srovnání: ačkoli mají údaje o skutečné kontaktní ploše mezi sněhovou pokrývkou a povrchem skluznice za studených podmínek relativně velký rozptyl, pohybují se střízlivé odhady kolem jednoho procenta z celkové možné kontaktní plochy. Možná kontaktní plocha je přitom za studených podmínek rovna přibližně polovině plochy skluznice, tedy ploše kontaktních oken. Tedy běžecká lyže na skate má plochu cca 180 x 4,5 cm = 810 cm2, plocha kontaktních oken bude cca 400 cm2, jedno procento bude cca 4 cm2.

Za teplých podmínek může být skutečná kontaktní plocha běžné lyže na skate cca 800 cm2, zatímco za studených podmínek jen cca 4 cm2.

Právě extrémní nárůst kontaktní plochy a sil na ní působících je to, co nás takřka zastavilo, když jsme vjeli z tvrdého zmrzlého či zledovatělého úseku tratě ve stínu do mokrého sněhu na osluněné partii tratě… Žádný sací efekt, žádné kapilární krčky, obrovský nárůst skutečné kontaktní plochy a mezimolekulárních sil, které na ní působí, nás málem shodil na zem.

Jakékoli snížení kontaktní plochy má tedy enormní efekt pro zlepšení skluzu!

Eliminace aquaplaningu a obnova kontaktu s QLL

Je-li vodní film natolik silný, že od sebe oddělí oba pevné povrchy, tedy povrch skluznice a povrch pevných částí sněhové pokrývky, pak zpravidla dochází ke dvou různým efektům: sqeeze-out efektu neboli vytlačování vody z oblasti pod skluznicí a zároveň k aquaplaningu.

Oba efekty zhoršují skluz a manévrovatelnost lyží. Jedna z možností, jak zlepšit skluz i ovladatelnost lyží za velmi teplých podmínek, tedy na velmi mokrém až vodou nasáklém rozbředlém sněhu, je obnova kontaktu skluznice s pevnými složkami sněhové pokrývky, tedy s velkými oblými sněhovými zrny.

QLL na povrchu pevných zrn díky své unikátní „otevřené“ molekulární mřížce klouže, zatímco volná voda má k dobrému skluzu opravdu daleko.

Závěr

To, co nás za mokrých podmínek nejvíce trápí, je:
1) obrovská kontaktní plocha mezi skluznicí a pevným sněhem,
2) špatné skluzné vlastnosti vody jako lubrikantu,
3) nečistoty způsobující abrazi, a tedy tření.

Primarním problémem za mokrých podmínek ale není příliš velká tloušťka vodního filmu, jak často čteme v publikacích založených na teorii třecího tepla. Hlavním problémem je obrovská kontaktní plocha, která právě kvůli vodnímu filmu zabírá více či méně celou plochu skluznice lyže.

Je sice pravda, že mezi hodnotou tření a velikostí třecí plochy není přímá uměrnost či závislost, naopak existují případy, kdy tření s rostoucí kontaktní plochou naopak klesá, nicméně mokré podmínky tímto případem nejsou. To, co nás za mokrých podmínek nejvíce brzdí, je bezpočet interakcí mezi povrchem skluznice a vodním filmem, jejichž množství úměrně roste s velikostí kontaktní plochy. Čím větší kontaktní plocha, tím více interakcí, a naopak. Maximální možná kontaktní plocha (celá plocha skluznice) jednoduše znamená obrovské obrovské množství interakcí, a tedy tření.

Špatné lubrikační vlastnosti vody, kapilární krčky, smykové síly uvnitř vodního filmu, abraze způsobovaná nečistotami jsou již pouze třešničkou na dortu, ač nikoli nevýznamnou...

Dovětek k fungování vosků ve studených podmínkách - zvláštní, přesto podstatná skutečnost

Ve studených podmínkách nelze opomenout ještě jednu podstatnou skutečnost a která v původní verzi článku nebyla zmíněna. Přitom významným způsobem ovlivňuje kvalitu skluzu za studených podmínek a je možné ji zlepšit pouze a jenom dodatečnou úpravou skluznice.

Touto okolností je hydrofobie. Může se to zdát zvláštní, ale je tomu tak. Ano, i za studených a velmi studených podmínek hraje hydrofobie, tedy vodoodpudivost povrchu skluznice, velmi významnou roli. Nyní si říkáte - stejně jako já - proč hydrofobie?! Vždyť jsme sáhodlouze vysvětlovali, že teorie třecího tepla je nesmysl (primárně v oblasti XC lyžování) a že žádný vodní film se za studených podmínek pod skluznicí ani nevytváří, ani nenachází. Pokud není pod skluznicí za studených podmínek žádná voda, tak proč hydrofobie?

Může to sice znít šíleně, ale mezimolekulární vazby mezi povrchem skluznice na straně jedné a povrchem sněhu, tedy vody v pevném skupenství na straně druhé, se vytvářejí stejně, nebo možná ještě pevnější než u mnohem pružnější molekulární mřížky vody v tekutém skupenství. Jediná výhoda studených podmínek je velmi malá až nicotná skutečná kontaktní plocha mezi skluznicí a sněhem, která se omezuje na tzv. kontaktní body o velikost v řádu cca 150 mikrometrů čtverečních, jejichž celková plocha nebude příliš větší než 1 % celkové plochy skluznice.

Mezimolekulární síly či interakce mezi sněhem, tedy ledem, tedy vodou v pevném skupenství na straně jedné, a skluznicí, jejíž povrch je tvořen na molekulární úrovni nano-vlásky, na straně druhé působí - Bohu dík - na minimální ploše.

Právě hydrofobie umí tyto mezimolekulární síly mezi oběma povrchy velmi účinně blokovat či omezovat. Ač to tedy zní bláznivě, je to právě také hydrofobie, která významně snižuje tření i za studených podmínek.