为什么冰是滑的

时间:2023-11-17 12:19:03

我们都知道,如果地板擦得比较干净,就会比不擦的时候容易滑倒。那么,如果是在冰上呢?是不是也会这样?平滑的冰面比凹凸不平的冰面更容易滑倒吗?

实际上,这个推论并不成立。如果我们用雪橇在冰面上运输货物,在凹凸不平的冰面上比在平滑的冰面上更省力气。也就是说,凹凸不平的冰面要比平滑的冰面更光滑。其实,这个现象可以这样解释:冰面的光滑不是由它是否平滑决定的。这是因为,当冰面上的压强增大的时候,就会降低冰的熔点。

为什么冰是滑的

那么,我们在冰面上溜冰或者坐雪橇滑行时,会出现怎样的情形呢?尤其是穿溜冰鞋溜冰的时候,我们身体的全部支撑都在溜冰鞋下面的冰刀上。而我们都知道,冰刀的面积很小,特别是冰刀的刀刃,也就是几平方毫米的面积,我们整个身体的重量就压在那么小的面积上。前面我们已经分析过,在压力相等的情况下,接触面积越小,压强越大。所以我们可以想象,我们的身体对冰面的压强有多大!在这么大的压强下,冰面的熔点至少可以提高5℃,也就是说,如果这时冰面的温度是零下5℃,那么如果穿溜冰鞋在上面溜冰,冰刀下面的冰面熔点可能会降低到0℃以上,也就是说,这部分冰可能会融化。这样的话,在刀刃和冰面之间的冰瞬间融化掉了,也就是说刀刃和冰面之间有了一层水,这就使得溜冰的人滑动特别省力。而且,只要是冰刀经过的地方,都有了一层水,所以,在滑冰的时候,动作就会非常连贯。这是冰独有的特性,别的物体都没有这个特性。所以,曾经有一位物理学家认为,只有冰才是这个世界上最滑的物体。从某种意义上来说,这种说法是非常准确的。其实,理论上讲,当每平方厘米上的压力达到130千克的时候,冰的熔点就会降低1℃,这里的冰指的是纯粹的冰块。如果冰融化时和水混合在一起,受到的压强一样大,这时,冰的熔点会降低得更多。

刚才我们已经分析过,如果把一个重物放到冰面上,那么它与冰面的接触面积越小,冰面受到的压强就越大。我们还说过,凹凸不平的冰面比平滑的冰面更光滑。下面我们就来分析一下原因。我们在凹凸不平的冰面上滑冰的时候,由于冰面不平,我们的冰刀刀刃和冰面的接触点可能只有几个凸起的点,而在平滑的冰面上滑冰时,冰刀刀刃和冰面完全接触,接触面积大多了。所以,根据前面关于压强的结论,我们可以很容易得出,凹凸不平的冰面比平滑的冰面所受的压强大多了。前面我们说过,冰面受到的压强越大,熔点降低得越多,所以,在凹凸不平的冰面上,冰融化得更快,冰面也就会更滑。

根据这一原理,我们可以解释生活中的很多现象。比如说,当我们把两块冰压到一起的时候,它们很快就会变成一块儿大冰块。小孩子们在玩雪的时候,经常会做的一个游戏是打雪仗,把雪捏在一起,它们就会变成一个雪球,也是利用了这个原理。因为,雪花在受到手的挤压的时候,熔点降低,有一部分雪就会融化,松手的时候,这部分融化的雪水就会立即再冻结起来,本来松散的雪就会形成一个雪球。同样的道理,滚雪球的时候,也是一样。在地上滚动的雪球是有重量的,这就会对它下面的雪进行挤压,这些被挤压的雪就会融化,它们就会沾到雪球上并随着雪球的滚动迅速冻结,于是,雪球越滚越大。说到这里,我们还可以更深入思考一下,为什么在特别寒冷的天气,雪球很难捏成,滚雪球也很难滚得很大。还有,人行道和路上的雪,由于受到了人或车的重压,已经不再是雪花了,而是变成了厚厚的一层冰。