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La ciencia ingeniosa de hacer hielo y nieve olímpicos

Nadie pensó que Brian Shimer tuviera una oportunidad. A dos meses de cumplir 40 años, el trineo estadounidense llegó a los Juegos Olímpicos de Salt Lake City en 2002 con cuatro juegos de invierno en su haber, pero sin medallas olímpicas. Entonces, cuando su equipo pasó por la pista sinuosa y obtuvo el bronce tan esperado, todos quedaron asombrados, y no menos Shimer. "No sé qué nos trajo cuesta abajo tan rápido", dijo a The New York Times . "La electricidad en el aire, la multitud saludando y gritando".

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Ciertamente, el apoyo de la multitud, junto con el intenso entrenamiento del equipo y los giros precisos de Shimer, fueron cruciales. Pero un héroe desconocido de los deportes de invierno también jugó un papel protagónico en el triunfo del equipo: el hielo.

En un deporte en el que solo centésimas de segundo separan a los ganadores y perdedores, cada golpe o surco que induce fricción es importante. Y el hielo desgasta las horas extra, por lo que Shimer y la posición de inicio número 17 de su equipo podrían haber sido fácilmente una desventaja. Sin embargo, el trineo terminó en quinto lugar, preparándolos para el bronce. "No se puede hacer eso si el hielo no es consistente", dice Tracy Seitz, director gerente de la pista de hielo canadiense conocida como Whistler Sliding Center, que promociona la "pista de hielo más rápida del mundo". Seitz sabría: Él también fue uno de los llamados "Ice Masters" de Salt Lake City, y los expertos se encargaron del desafío de crear las pistas de hielo ideales para los atletas de clase mundial.

Hacer mucho más hielo de lo que parece. A nivel molecular, la nieve y el hielo de los cursos olímpicos es exactamente lo mismo que hace que los muñecos de nieve, bloqueen su puerta y envíen a los espectadores desprevenidos a toda velocidad por las calzadas. Toda el agua congelada consiste en moléculas dispuestas en una estructura hexagonal similar a un panal. Pero el hielo que recubre las sinuosas pistas de deslizamiento de trineo, trineo y esqueleto, o la nieve firme y aplanada de un campo de esquí tienen una forma y acondicionamiento precisos durante los meses previos a los juegos, optimizando las propiedades de estas formas de agua helada.

"No es solo un trozo de hielo como normalmente pensarías, como cubitos de hielo en tu congelador", dice Kenneth Golden, un matemático de la Universidad de Utah que estudia las estructuras del hielo. "Es una sustancia mucho más fascinante y compleja de lo que la gente normalmente pensaría".

BobsldRun.jpg Shimer (delantero), Mike Kohn, Doug Sharp y el guardafrenos Dan Steele se detienen después de terminar su tercera carrera en la pista del Parque Olímpico de Utah en Park City, Utah, durante los Juegos Olímpicos de Invierno de 2002. (Imágenes del Ejército de EE. UU. / Wikimedia commons)

Hielo, hielo, tal vez

El primer paso para construir una pista o pista de hielo es purificar el agua para eliminar los sólidos disueltos como sales y minerales. Tales impurezas no encajan en la estructura hexagonal regular del hielo que se forma a medida que el agua se congela. La misma propiedad se puede ver en el hielo marino, explica Golden, que excluye la sal del agua del océano a medida que se congela, creando una columna de líquido extra salado debajo del hielo. Pero en una pista o pista, las impurezas se acumulan entre los cristales o se empujan a la superficie, creando ligeras debilidades en el hielo. Como dice Seitz, "cuanto más pura es el agua, más densa sería la losa de hielo", lo que se traduce en una superficie más consistente.

La calidad y pureza del hielo es tan importante que se ha creado una posición especial, el Ice Master, para garantizar su viabilidad. Olvídate de los escultores que hacen intrincadas esculturas de hielo; Los Maestros de hielo dan forma al hielo en algunas de las estructuras más impresionantes de la tierra. Al menos un año antes de los Juegos en sí , rocían cientos de capas finas como el papel de esta agua ultrapura sobre una pista o pista de concreto, que se enfría mediante un sistema de refrigeración incorporado para una congelación rápida. Seitz necesita unos cinco días de trabajo ininterrumpido para colocar la pista congelada en una carrera de bobsleigh.

Este proceso evita la formación de capas de escarcha, que se forman cuando el aire húmedo se congela sobre la superficie helada. Las capas de escarcha pueden atrapar burbujas de aire en el hielo, que pueden salir como pequeñas marcas de viruela. "No pensamos que [el hielo] sea fluido, pero es muy fluido y se mueve todo el tiempo", dice Seitz. "Esas capas de aire en el hielo crearán debilidades que pueden explotar y crear inconsistencias en la superficie del hielo". Para un trineo, una pequeña marca puede hacer que un trineo rebote, perpetuando el problema. "Una protuberancia crea dos protuberancias crea tres protuberancias, y sigue y sigue y sigue", dice.

Otros deportes basados ​​en el hielo como el hockey, el patinaje sobre hielo y el curling usan capas similares meticulosas. Pero para cada deporte, la temperatura y el espesor ideales del hielo son diferentes. El patinaje sobre hielo, por ejemplo, promociona el hielo más grueso y cálido: la superficie de aproximadamente dos pulgadas se sostiene alrededor de un balsámico de 25 grados Fahrenheit, lo que permite a los patinadores enganchar sus patines en el hielo según sea necesario para realizar sus saltos y giros que desafían la gravedad .

Parte de la magia no está solo en la ingeniería, está en la naturaleza del hielo mismo. En sus bordes, las moléculas de agua en el hielo no están tan fuertemente atrapadas en el panal como en su centro, creando una capa similar a un líquido conocida como pre-fusión que lubrica la superficie y se cree que le da al hielo su calidad resbaladiza única. La intensa presión de un patín o una cuchilla aplicada a una pequeña astilla de hielo puede deprimir ligeramente su punto de fusión, lo que probablemente contribuya a esa capa de agua resbaladiza. También se cree que una ligera fusión por la fricción de una cuchilla deslizante en la superficie agrega líquido a la mezcla.

Algunos Ice Masters prueban medidas creativas para lograr la superficie perfecta. Entre los aficionados al hielo, existe un antiguo mito de que la música puede ayudar a cristalizar el hielo. Para los Juegos Olímpicos de Sochi 2014, el maestro de hielo Dimitri Grigoriev tocó música clásica, "Four Seasons" de Vivaldi, para ser exactos, mientras colocaba la pista helada. "Teníamos música clásica aquí, de modo que el hielo cristaliza de la manera adecuada, no música rock, ni silencio", dijo a NPR, y agregó: "¡Lo digo en serio, búscalo!" (NPR lo miró, y no hay ciencia acreditada que respalde esta afirmación).

Seitz no está impresionado por tales supersticiones. "Si vamos a hacer algo, probablemente estamos tocando música heavy metal", dice, para la tripulación, no para el hielo. Mantiene a su tripulación "despierta y dura" durante las agotadoras horas de trabajo preparando la pista, dice.

DTMF5X.jpg Carolina Kostner, de Italia, luego de actuar en el patinaje libre femenino de patinaje artístico durante los Juegos Olímpicos de Invierno 2014 en Sochi, Rusia. (Tribune Content Agency LLC / Alamy)

Cuanto más nieves

Como glacióloga de doctorado, Sarah Konrad ha pasado una buena cantidad de tiempo pensando en la nieve. Pero su conexión con las cosas blancas también es más personal: compitió tanto en eventos de biatlón como de esquí de fondo en los Juegos Olímpicos de Invierno de 2006 en Torino, Italia, a los 38 años, la primera mujer estadounidense en calificar en dos deportes en los juegos de invierno.

Sorprendentemente, las condiciones más lentas para los deportes nevados son las que más buscan los esquiadores recreativos: polvo recién caído.

A diferencia del hielo, que se forma a partir del agua congelada, la nieve se forma a partir de la cristalización de la humedad o los vapores de agua en la atmósfera cuando es "superfrío", o se enfría justo debajo de su punto de congelación. Para formar realmente un cristal, el vapor de agua debe encontrarse con algo, como una mancha de polvo, para desencadenar su cristalización. Todavía se está debatiendo exactamente por qué se necesitan estas partículas y cómo ayudan a la formación de nieve, pero sin ellas tiene que ser asombrosamente frío, muy por debajo de -20 grados Fahrenheit, para que los cristales de hielo se formen por sí mismos.

Una vez que comienza, el cristal atrae otros vapores de agua sobreenfriados para amontonarse en patrones intrincados. Los seis copos de nieve "alados" comunes, como los llama Konrad, hacen eco de la disposición hexagonal de las moléculas de agua congeladas. Aunque hermosos, esos copos intrincados no son óptimos para el deporte. Los bordes y los ángulos que hacen que los copos de nieve sean tan atractivos visualmente también significan aspereza para una sobrecarga de esquí y una marcha lenta para los olímpicos. "Es una superficie irregular, incluso a nivel microscópico", dice Konrad, quien actualmente es el director asociado del proyecto en la Universidad de Wyoming.

Pero una vez que la nieve toca el suelo, la forma del copo de nieve comienza a cambiar. Además de los efectos del viento y otras fuerzas físicas, el copo de nieve se transforma lentamente con el tiempo, volviéndose más compacto y redondeado. "Pasas de este cristal emplumado e intrincado a algo más parecido a un rodamiento de bolas", dice Konrad. "Eso es mucho más rápido, porque tiene menos bordes ásperos".

Algunos constructores de cursos expertos incluso prefieren la nieve artificial, que, dicen, tiene una sensación de "nieve vieja" sin el esfuerzo del envejecimiento, a los copos naturales. Esta nieve se crea al rociar una fina niebla de agua y aire comprimido sobre el curso. La expansión del aire enfría la humedad y la mantiene en el aire, asegurando un tiempo de congelación adecuado. Los cristales carecen de las condiciones y el tiempo necesarios para formar intrincados copos de seis alas, dice Konrad, por lo que la forma resultante es predecible, lo que facilita el trabajo para la construcción del curso. "Pero eso le quita un poco de diversión", agrega Konrad.

Para los cursos alpinos, sin embargo, se requiere mucho trabajo para garantizar que la pista sea rápida y duradera. Los ingenieros a menudo humedecerán la superficie y luego permitirán que se vuelva a congelar, creando un curso apretado y rápido. Pero si la nieve está demasiado húmeda o el aire está demasiado caliente, el curso rápidamente se volverá ranurado y se desmoronará. Las personas responsables de los cursos de nieve pasan meses atendiendo las carreras previas a los juegos, formando y remodelando constantemente cada esquina y campo para lograr un equilibrio perfecto entre un curso firme y rápido y una capa de hielo.

Por supuesto, a veces los caprichos del clima son imposibles de corregir. Este fue un problema en los juegos de 2014 en Sochi, donde las condiciones inusualmente cálidas llevaron a campos con baches y nieve granular o "azucarada". Para el medio tubo, más de la mitad de los competidores cayeron durante las rondas clasificatorias. La dos veces medallista olímpica Hannah Teter calificó la tubería como "peligrosa" y "horrible".

Para el esquí de fondo, dice Konrad, "las condiciones más cálidas son donde tus ceras y tu estructura se vuelven extraordinariamente importantes". Se aplican varias combinaciones de ceras a la parte inferior de los esquís, a menudo por planchado literal, para ayudarlos a deslizarse fácilmente sobre la nieve. Y si usa la cera incorrecta, explica Konrad, "realmente puede soplarla". Los equipos gastan cantidades exorbitantes de dinero y tiempo en los técnicos de cera que manejan estas decisiones, los técnicos se dirigen a los cursos en los dos años previos al evento para conocer la gama de condiciones que pueden encontrar y lo que funciona mejor en cada uno.

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Todos los deportes de invierno confían en, y existen gracias a, las propiedades únicas del agua congelada. Después de todo, Golden señala, el patinaje sobre hielo comenzó por el simple hecho de que el hielo flota sobre un estanque líquido. En un sentido más amplio, la diversidad de vida que existe en los Polos Norte y Sur se debe al hecho de que el hielo forma una plataforma que sostiene la vida arriba y protege el reino líquido debajo. Como Golden se maravilla: "Todo se debe a esta pequeña cosa: porque la forma sólida del agua es menos densa que la líquida".

Sin embargo, a medida que el clima se calienta y las nevadas se vuelven cada vez más escasas en algunos lugares, los deportes de invierno al aire libre se han visto amenazados. En Sochi, los organizadores crearon suficiente nieve para cubrir 1, 000 campos de fútbol, ​​cubriendo las voluminosas pilas con mantas aislantes de esteras de yoga. Junto con la tecnología para crear nieve artificial y preservar la nieve año tras año, este tipo de soluciones pueden ser cada vez más importantes para los Juegos Olímpicos en los próximos años.

Afortunadamente, esa no es la preocupación en PyeongChang, donde la sensación térmica de febrero generalmente oscila en un solo dígito. De hecho, las temperaturas pueden incluso caer por debajo de las condiciones óptimas para algunos deportes: para el trineo, dice Seitz, en temperaturas muy por debajo de los 23 grados Farenheit, el hielo es más frágil. Para el esquí de fondo, dice Konrad, la "temperatura feliz" es de alrededor de 25 grados Fahrenheit; cualquier frío y nieve se vuelve seco y lento.

Konrad toma todas las condiciones con calma. "Desde la perspectiva del esquiador, realmente no hay una 'mejor' nieve, siempre y cuando esté allí y sea comparable para todos los competidores, generalmente estamos muy felices", dice ella.

Pero mientras haya juegos de invierno, no faltarán los factores y condiciones que los meticulosos Ice Masters tienen en cuenta al hacer su medio. Después de 45 minutos de hablar sobre hielo, le pregunté a Seitz por cualquier pensamiento de despedida sobre agua congelada. "Probablemente podría seguir y seguir para siempre", dice.

La ciencia ingeniosa de hacer hielo y nieve olímpicos