文化 > HOT

冰为什么这么滑?物理学家仍在探求答案

2017-08-11 10:01:07   

本报记者 陆成宽

“2017亚洲公开花样滑冰锦标赛”于8月2日至5日在香港举行。在这场盛大的冰上炫舞中,花样滑冰运动员伴随着悠扬的乐曲旋转、跳跃,演绎出各种动作,用冰刀在冰面上刻划出各种图案,展现了花样滑冰运动的优美与激情。冰为什么这么滑呢?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。

  广为人知的“压力融解说”

如果给单位面积的冰施加很大的压力,这种压力会降低冰的熔点使接触面的冰融化,形成薄薄的水层,水层起到了很好的润滑作用。

多年来致力于冰面摩擦研究的日本富山大学客座教授对马盛年博士表示:“冰是地球上摩擦力最小的物质。”冰之所以会有很小的摩擦力,是因为鞋与冰之间有一层水,水能起到润滑的作用,因此,滑冰运动员就可以穿着冰鞋在冰上自由滑动。

但是冰上为什么会有一层水呢?对此,广为人知的一种解释是“压力融解说”。这种学说由爱尔兰物理学家约翰·杰里于1886年提出。他认为,如果用冰刀给单位面积的冰施加很大的压力,这种压力会使接触面的冰融化,形成薄薄的水层。水层会起到很好的润滑作用,这和被水弄湿的地面比较滑的道理是一样的。

“压力确实能降低冰的熔点。”8月7日,中国力学学会专家郭亮告诉科技日报记者,熔点是指冰(固体)融化变成水(液体)时的温度。原本冰的熔点是0摄氏度,一旦外界加压,冰的熔点就会下降,也就是说即使在0摄氏度以下,冰也可能融化为水。

科学家做过一个实验,在厚厚的冰块上搭上一根两端挂有重物的铁丝,由于铁丝很细,对接触铁丝部分的冰面造成很大的压强,这个部分冰的熔点就会降低,导致这里的冰先化了,于是挂着重物的铁丝就会嵌进冰块内部。融化的水在铁丝上方恢复了原有的压力,又会重新凝结成冰。最后铁丝就会从冰块下方穿出,而冰块还是那个冰块。

 对百年“压力融解说”的质疑

要想让滑冰赛场上的冰融化,压强要达到约350个大气压,这需要运动员体重为175公斤,显然事实并非如此。

虽然“压力融解说”已经存在了一百多年,但近些年来,人们对这个理论产生了很大的怀疑。

美国费米国家加速器实验室的物理学家吴进远就不认同这个观点。他指出,要想让冰刀下的冰融化,需要非常高的压强。通常,花样滑冰比赛时,冰面的温度低于零下3.5摄氏度,要想让冰在零下3.5摄氏度融化,需要的压强大约为350大气压,相当于在1平方米上放置3500吨的重物。假设冰刀的有效长度为100毫米、宽为0.5毫米,则它的有效面积为50平方毫米,要想获得350大气压,需要运动员体重达到175公斤,显然事实并非如此。因此吴进远认为,压强融解应该不是使冰变滑的主要机制,一定还存在其他的机制。

上一页1/2下一页
分享到:
0 0

为您推荐

加载更多>>