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滑冰

来源:广州日报   发布时间:2014年01月27日18:34
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  滑冰,亦称“冰嬉”,很多人认为,滑冰是从外国传来的“洋玩意”,事实上,早在宋代,我国就已经有了滑冰运动,不过,那时不叫滑冰,而称之为“冰嬉”。“冰嬉”包括速度滑冰、花样滑冰以及冰上杂技等多种项目。

  对很多人来说,冰面上非常“滑”是常识,但冰面为什么那么滑呢?传统的解释是,压力或者摩擦力让冰面表层产生一层水,这层水起到润滑作用;但最新的解释是,当温度在-22℃以上时,冰的表面上始终有薄薄的一层永远不会凝固的水,这是冰的特性,与外力无关。美国《纽约时报》报道说,“冰为什么这么滑?”这个问题看似简单,但事实上,全世界的物理学家至今仍在探求真正的答案。

  众所周知,冰不一定要在温度达到0℃(在标准大气压下,冰的熔点为0℃)时才会融化,在被加压的情况下,冰在0℃以下也能融化。根据这种理论,科学界多年前就曾回答过“冰为什么这么滑?”这个问题:冰刀或鞋底的压力使冰的熔点下降,促使冰融化而在冰刀或鞋底与冰面之间形成一薄水层,这层水起到了润滑作用。

  但是,实际计算结果表明,当一个重70千克的人穿着冰鞋站在冰上时,只能对冰产生大约3.5千克/平方厘米的压力,这样的压力对于冰熔点的影响非常小,只能让熔点下降了不到0.1℃。

  于是科学家又认为冰鞋刀刃与冰面之间的这层水是由于刀刃在冰面上滑行时,摩擦做功的热量使冰融化所致。这一解释看起来毫无漏洞,因此多年来竟再没有人仔细地验证其真伪,而教科书上面引用的也都是这种理论。

  但是,也有不少科学家对以上理论持怀疑态度,于是,另一种听起来非常简单的解释出现了———冰的表面原本就非常平滑,因为当温度在-22℃以上时,冰的表面上始终有薄薄的一层永远不会凝固的水。

  早在1850年,英国著名的物理学家迈克尔·法拉第就曾简单地提出这种理论。1996年,美国科学家的试验又证明了这点。劳伦斯柏克利实验室的化学家萨姆和物理学家胡佛利用电子束轰击冰面,同时使用仪器记录了从冰面弹回的电子的运动方向和速度。出乎意料的是,电子撞击到冰面后弹回的轨道似乎是变化不定的,沿多个方向散乱地反弹开来。这说明,看起来平滑的冰面并非是完全平整的。

  萨姆认为,从实验结果看,冰之所以滑的原因只可能是一个,即冰面的最上层并没有真正冷凝,而是有薄薄的一层水。这层水起着永久性润滑剂的作用。当鞋底等物体压到冰面时,水分子就会被压到冰面的细微缝隙中,从而使冰的表面非常平滑。这样,冰面的摩擦力更小,所以就很滑了。

  这两位科学家还发现,当温度降到-22℃以下时,冰面的平滑性能开始大大下降。这是因为:在这样的温度条件下,具有润滑功能的薄水层几乎消失,冰面的平滑性也就显著降低,其平滑性和其他固体没有什么不同了。萨姆教授表示,冰面最上层有永久的薄水层,这是冰的特性。他认为,即使摩擦力没有做功产生热量,冰面也依旧是滑的。

  (来源:广州日报 责任编辑:孙祎)

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