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雪屋是如何保暖的?

 jywlkljh 2022-06-11 发表于河南

数千年以来,人类及更早之前的动植物们都已经在利用雪保暖了,听起来不太科学,毕竟雪是凉的,你甚至可以说,它是冰冷的。没人能够说的清楚谁建造了第一件雪屋。但只要在正确的物理原理指导下合理组合,在雪里其实可以比在木屋里更暖和。所以为什么冰冷的东西,却能让你保持在舒适的温度?

广阔而冰冷的极地是我们星球上最严酷的生命禁区之一,然而因纽特人却已经想法设法在那里住了大约五千年。冰层之上,温度可以达到零下58摄氏度,这样的低温,要生存就意味着要找到个能遮风挡雨的地方。这可不是个以丛林闻名的地方,因此游牧的猎人们学会了利用他们仅有的建筑材料——雪。爱斯基摩语中有着一打又一打的词汇来描述雪,因为它的种类确实多种多样,所用雪的不同就决定了雪屋到底是能保暖,还是能给你冻成冰棍。

为了理解这一点,我们先得弄明白什么是“感觉到冷。”当你的体温在下降时,你会感觉热量在离你而去。“冷量”并不会进入你的身体,事实上并没有“冷”这么个玩意。你可以将热量想象成以一定数量存在的物体,你失去的越多,就会感觉越冷。热量的交换有三种形式:对流、传导、辐射。在雪屋中,三种形式都在起作用:雪屋中的人辐射出的热量通过对流在雪屋中转移;热量会通过雪壁传导而散失。这和正在发生在你家的过程一样一样的~

活体隔热层的原理也是如此!鲸脂等脂肪组织可以阻止鲸或海豹中的热量流失,但是那些不这么胖的动物们就只能用空气来包裹自己。举个例子,水獭皮的毛发密度是人头发的一千倍。摸起来可舒服了。这是我这辈子摸过最软的东西,真的是太可爱了。它隔热的秘密藏在纹理之中。水獭毛是鳞片状的,因而可以和雪片一样困住绝热的空气分子。

粉末状的新鲜雪中有95%的体积都是空气,这使得它成为绝佳的隔热装置。然而正和你需要用力搓它才会变成雪球一样,它作为建材的密度实在太低了。另一方面,冰块是很好的挡风装置,但是太重了。所以因纽特猎人们采取了刚刚好的策略:使用不太轻也不太重的雪来建造雪屋。传统的雪砖并不用模具,而是从地里挖出来的。这种从地里发出来的紧凑雪块的密度足够了,但它仍然比纯冰块的空气含量高的多,它很轻,而且隔热性能也足够好。

老样子,动物们利用这一点要比我们早得多。北极熊,土拨鼠,甚至松鸡,它们都会挖个雪洞来保暖。比动物们还要早的是挤进雪中防止自己被冻死的植物。在温暖的季节里,土壤中吸收自太阳的热量逐步增多,而厚厚的雪层就起到了你头上屋顶的作用,积雪会防止热量向前或向上逃逸。雪织成的毯子能够防止植物的根、芽、种子结冰。

不想被冻死,这个理由足够动物们开始动脑筋了,但我们大灵长类建起的雪屋比动物们高到不知道哪里去了。雪屋工程学最大限度的强化了保暖性和坚固度。动画片里面的雪屋看起来就像个平底的半球形,然而现实中的雪屋并非如此!如果从中切开一个真实的雪屋,你会发现它是悬链线的形状。这种斜率渐变的形状和你双手各提着链子的一头让它自然下垂时的形状是一样的。悬链线的拱门和半圆形拱门相比,重量分配更均匀,可以避免凸起或弯曲。事实上,这是自然界最稳定的拱形之一,如此可靠,沿用至今。

雪屋内部不同高度有着不同的曲率。热空气会上升,而冷空气会沉到低处,从而远离你吃饭,睡觉以及放松的地方。最开始,身体热量会融化掉雪墙的最内层,从而强化你和你的空气隔热雪砖,以及外界大寒冷之间的壁垒。生活在雪屋中,你自己就是小火炉。随着时间推移,冰雪公寓的室内温度将在高于外界40到60度的范围内左右,要是带个小伙伴来你的雪屋,温度将会升的更高更快。

本文由 科学探索怪 发布 2017年4月16日

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