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为什么冰滑?冰面凹凸影响滑行效果

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:用雪橇运输货物时,在凹凸不平的冰面上比在平滑的冰面上更省力气。其实,冰面的光滑不是由它是否平滑来决定的,而是完全基于另外一个原因,就是当压强增加的时候,冰的融点要降低。那么,当我们在冰面上溜冰,或者坐着雪橇滑行的时候,又会发生什么样的情况?由于冰面凹凸不平,冰刀刀刃和它的接触面积可能只是那几个凸起的小点,而在比较平滑的冰面上是可以完全接触的,面积要大得多。

为什么冰滑?冰面凹凸影响滑行效果

众所周知,擦得比较干净的地板比不擦的时候更容易滑倒。那么,在冰上会怎么样?平滑的冰面相较于凹凸不平的冰面,是否更容易让人滑倒?

用雪橇运输货物时,在凹凸不平的冰面上比在平滑的冰面上更省力气。就是说,不平的冰面竟然比平滑的冰面更滑!

应该如何解释这个问题呢?其实,冰面的光滑不是由它是否平滑来决定的,而是完全基于另外一个原因,就是当压强增加的时候,冰的融点要降低。

那么,当我们在冰面上溜冰,或者坐着雪橇滑行的时候,又会发生什么样的情况?

溜冰鞋下的冰刀面积很小,尤其是冰刀的刀刃,只有几平方毫米,当我们穿着溜冰鞋溜冰的时候,整个身体的重量其实就压在那几平方毫米的刀刃上。

通过之前的分析可知,在压力相等的情况下,压强与接触面积大小成反比。就是说,接触面积越小,压强越大。

在我们可以想象得到的巨大压强下,冰面的融点至少可以提高5℃。因此,穿着溜冰鞋在-5℃的冰面上溜冰,冰刀下的冰面融点会降低到0℃以上,很可能会融化。由于刀刃和冰面之间的冰在一瞬间融化成了一层水,所以溜冰的人滑起来特别省力。所有冰刀经过的地方都会在一瞬间融化出一层水,滑冰的动作也会非常连贯。相对于其他的物体,这正是冰所独有的特性。(www.xing528.com)

曾经有一位物理学家认为,世界上最滑的物体就是冰,从某种意义上说,这种说法非常准确。从理论上讲,每平方厘米的压力达到130千克的时候,纯粹冰块的融点就会降低1℃。当正在融化的冰和水混合在一起,受到的压强一样大,此时冰的融点就会降低很多。

通过之前的分析可知,把一个重物放到冰面上,冰面所受的压强会随着接触面积的缩小而增大。而且,相较于平滑的冰面,凹凸不平的冰面更光滑。

下面,我们就来分析一下其中的原因。由于冰面凹凸不平,冰刀刀刃和它的接触面积可能只是那几个凸起的小点,而在比较平滑的冰面上是可以完全接触的,面积要大得多。根据压强的知识,我们可以得出结论:凹凸不平的冰面所受的压强要大于平滑冰面所受的压强。前面也曾提到,融点随着冰面压强的增大而逐渐降低,因此,冰在凹凸不平的冰面上化得更快,冰面也就更滑了。

根据这一原理,可以解释生活中的很多现象。例如,两块冰被压到一起,很快变成了一块大冰。小孩子们在打雪仗时,雪被捏到一起立刻会变成雪球。这是因为,雪花的融点随着手的挤压而降低,一部分雪立刻融化,融化的雪在松手时又立即冻结,松散的雪随之形成了一个雪球。

同理,滚雪球时,地上滚动雪球的重量会对下面的雪球进行挤压,被挤压的雪就会融化,沾到雪球上并随着雪球的滚动而迅速冻结,于是雪球越滚越大。但在特别寒冷的天气中,无论是捏雪球还是滚雪球,都会变得比较困难;由于人或车的重压,路上的雪变成了厚厚的一层冰,而非松散的雪花……这些现象中所蕴含的道理,我们也可以深入思考一下。

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