Schaats

Tot in de negentiende eeuw blijft de schaats het snelste vervoermiddel, maar dan heeft het glij-ijzer al een lange geschiedenis achter de rug. Het oudste paar schaatsen dateert van ver voor onze jaartelling, en is gevonden op de bodem van een Zwitsers meer. Maar dan is er nog geen sprake van ijzer. De vroegste schaatsen zijn gemaakt van rendierbeenderen of botten uit de poten van andere grote zoogdieren. In het bot boorden de gebruikers twee gaten, waarna ze de schaatsen met leren riemen onder hun voeten bonden.

Nederlanders schijnen de uitvinders te zijn van het metalen blad dat nu onder alle schaatsen te vinden is. De langwerpige ijzeren strip is bevestigd aan de onderkant van een houten schuitje. Aan het eind van de Middeleeuwen is schaatsen een volkssport. Er bestaat een verslag van een schaatswedstrijd uit 1466, gemaakt door een schildknaap van Philips de Goede.

Door de eeuwen heen zijn er twee typen schaats ontwikkeld. Schaatsen met een lang, scherp geslepen blad, vaak aangeduid als noren, zijn vooral bedoeld voor het snelle schaatsen. De ijzers zijn 33 tot 50 centimeter lang en zijn gemonteerd onder een lage schoen, zodat de enkel veel bewegingsvrijheid heeft. Om met zulke lange schaatsen toch een bocht te kunnen maken, is in het blad een kleine ronding aangebracht: wie de schaats op een vlakke tafel zet, ziet dat voor- en achterkant het tafelblad niet raken. De ronding die de onderkant van het schaatsblad maakt, zou bij doortrekken een cirkel van 20 tot 24 meter vormen. Aan het eind van een baan plaatst de schaatser zijn voet scheef, zodat hij gemakkelijker de bocht kan maken.

Terwijl het schaatsstaal van noren slechts 1,1 millimeter dik is, hebben kunst- en hockeyschaatsen juist een vrij dik blad, van 2 tot 3 millimeter. Bij deze schaatsen is wendbaarheid belangrijker dan snelheid. De hogere schoen geeft de enkel meer steun.

Bij een goed geslepen schaats maakt de zijkant van het schaatsblad een hoek van 90 graden met de onderkant ervan. Die haakse hoek is belangrijk om ermee af te zetten. Botte schaatsen, waarbij die hoek niet scherp meer is maar afgerond, glijden snel weg.

Vorige week meldde schaatsfabrikant Zandstra uit Joure dat er veel interesse bestaat voor de klapschaats. Die schaats is een Nederlandse uitvinding uit 1985. Bij een klapschaats is de voorkant van de schoen met een scharnier bevestigd aan het ijzer, terwijl het bevestigingspunt aan de achterkant ontbreekt. Een veermechanisme zorgt dat het ijzer op het ijs gedrukt blijft. Schaatsers kunnen nu hun been beter strekken, hun hiel optillen en hun spieren beter benutten.

Asfalt
Een vraag waar wetenschappers zich lang over gebogen hebben, is waardoor het mogelijk is op ijs te schaatsen. Dat is niet zo vanzelfsprekend als het lijkt. IJs is een vaste stof en in de regel geven zulke stoffen zo veel wrijving dat schaatsen onmogelijk is. Niemand haalt het in zijn hoofd om zijn schaatsen op het asfalt uit te proberen, tenzij er een dikke laag ijzel op ligt. Kunstijsbanen werken ook hartje zomer met echt ijs en niet met een soort gladde kunststof of een alternatief.

De natuurkundeleraar vertelde vroeger dat schaatsen mogelijk is door een dun laagje water op het ijs, dat als smeermiddel dient en de weerstand verlaagt. Het waterfilmpje ontstaat door de hoge druk, want het hele gewicht van een schaatser rust op een paar vierkante millimeter. Het eerste deel van de les klopt, het tweede niet. Een schaatser van 75 kilo die op één kunstschaats van 20 centimeter lang en 3 millimeter breed steunt, veroorzaakt een druk van 12 atmosfeer. Bij die druk is de smelttemperatuur van ijs maar 0,1 graad lager dan normaal. Dan is het alleen mogelijk te schaatsen als de temperatuur rond het vriespunt ligt. Dat het verhaal niet deugt, blijkt ook uit het gemak waarmee je een blokje ijs of een steen over het ijs kunt schoppen. Die veroorzaken helemaal geen hoge druk en ondervinden toch weinig weerstand.

Andere wetenschappers hebben het gezocht in de wrijvingswarmte, maar ook zij begeven zich op glad ijs. Het metaal van de schaats geleidt de warmte immers vele malen beter dan het ijs zelf.

Vier jaar geleden ontdekten wetenschappers van een universiteit in Californië dat in de buitenste molecuullagen van ijs de watermoleculen sterk trillen, alsof ze een vloeistof vormen. Dat verschijnsel komt ook bij andere vaste stoffen voor, maar dan alleen bij temperaturen vlak bij het smeltpunt. IJs wijkt daarin af, zo blijkt, want zelfs tot 183 graden onder 0 blijft aan het ijsoppervlak een quasi-vloeibare laag aanwezig. Bij die temperatuur is het laagje te dun om op te schaatsen, maar bij 20 tot 30 graden onder 0 voelt ijs nog steeds niet stroef aan. Schaatsers geven de voorkeur aan een temperatuur van 7 tot 9 graden onder 0. Bij die temperatuur 'smeert' de vloeistoffilm goed, terwijl het ijs zo hard is dat de schaats er niet te diep in zakt, want dat veroorzaakt weer extra weerstand.

In de serie Uitgedacht verschijnt wekelijks een artikel over een alledaags gebruiksvoorwerp dat niet meer uit de samenleving is weg te denken. Hoe zit het in elkaar en wie heeft het bedacht? De geschiedenis, de werking en het belang ervan staan in deze reeks artikelen centraal.

Serie Uitgedacht

Relevante links:

Geschiedenis van het schaatsen:
www.inventors.about.com

Informatie over het slijpen van schaatsen:
home.hetnet.nl

members.tripod.lycos.nl

Uitvinding en werking van klapschaats:
www.presto.nl

Recent onderzoek naar de klapschaats:
www.nwo.nl

Wrijvingskrachten bij schaatsen:
home.conceptsfa.nl

Waarom is ijs glad?
home.conceptsfa.nl

www.mpg.de

wintermute.chemie.uni-mainz.de