|
  摩擦生热助力冰上滑行 不知大家可曾想过，运动员穿着带有冰刀的溜冰鞋，虽然可以在光滑的冰面上快速滑行，在光滑的玻璃上却寸步难行。这是为什么呢？ 对于这个问题，有些人给出的解释是：冰刀与冰面在摩擦过程中，需要克服摩擦力做功。在这一过程中，机械能转化为内能，因而会产生一些热量，致使与冰刀接触的冰融化，变成了水，这些水在一定程度上起到了润滑作用，导致冰面与冰刀间的摩擦力大大减小，所以，穿着带有冰刀的鞋子可以在冰面上快速滑行，却不能在玻璃上滑行，因为玻璃是不能熔化变成“水”的。事实果真如此吗？ 上述解释并不全面。因为冰刀在冰面上滑行时所受到的摩擦力很小，仅靠摩擦产生的那点热量，不足以在很短的时间内使冰融化，毕竟融化需要有一个过程，并且冰在融化过程中还需要吸收大量热量。 冰刀周围的水是如何产生的 滑冰运动员在冰面上滑行时，冰刀两侧及其下面确实会有那么一点水，这些起到润滑作用的水到底是怎样产生的，又是如何存在的呢？ 大家都知道，在1个标准大气压下，冰的熔点是0℃；当外界压强减小时，冰的熔点会随之升高；当外界压强增大时，冰的熔点也会随之降低。根据这一理论解释上述问题，就有了下面的答案。 为减小冰面对溜冰鞋的摩擦阻力，提高运动员的滑行速度及灵活性，溜冰运动员通常要穿带有冰刀的鞋子，并且鞋上的冰刀刃口很窄，普通冰刀的刀刃只有2毫米宽，花样冰刀的刀刃也不过4毫米宽，因此冰刀与冰面的接触面积很小。由于运动员对冰面的压力是一定的，这个压力的大小就等于运动员的体重。当运动员穿上冰鞋时，由于冰面的受力面积较小，因而冰面受到的压强会大大增加，迫使冰刀下面的冰的熔点下降，从而使得这部分冰融化，于是在冰刀周围就会有一层薄薄的水。正是由于这层薄薄的水起到了润滑作用，大大减小了冰刀与冰面之间的摩擦力，使得运动员在冰面上前进的摩擦阻力相对减小，所以，运动员可以在冰面上健步如飞，同时还能随心所欲地表演各种优美的动作。 当冰刀滑过之后，冰面上附加的压强随之消失，因此，只要外界温度在0℃以下，原本融化成的水马上又会结冰。更为奇妙的是，冰刀滑过之处还不会在冰面上留下划痕。 对于这一解释还可以用模拟实验予以说明。当环境温度不高于0℃时（保证冰不会因为周围环境温度而融化），在桌面上放置一块冰，将两端挂有重物的细铁丝搭在冰块上，大家会看到这样一个奇特的现象：细铁丝下面的冰，由于受到的压强较大而逐渐融化，从而使得铁丝在冰块中不断向下移动。而细铁丝刚刚经过的上方的水，又会因压强减小的缘故而结冰，最终，细铁丝会从整个冰块中间穿过，而冰块完好如初。 上述解释看似完美无缺，可实际的计算结果表明，当一个质量为70千克的人穿着冰鞋站在冰面上时，只能对冰面产生3.5 × 105帕的压强，这样的压强对冰的熔点的影响不算很大，只能使冰的熔点下降约0.1℃。因此，该解释不能令人完全信服。 特殊的冰面润滑剂 本文节选自《百科知识》2022.2B |
|
|
