冰为什么这么滑?物理学家仍在探求答案

2017-08-11 10:01:07    科技日报

“表面融化说”指出,冰的表面原本就非常平滑,因为当温度在零下22摄氏度以上时,冰的表面上始终有薄薄的一层永远不会凝固的水,这层水使得冰特别的滑。

1996年,美国加州大学伯克利分校的化学家萨姆和物理学家胡佛通过实验证明: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,冰面的上层有一层薄薄的水,冰面并没有真正冷凝。这层水具有永久性润滑的作用。当鞋底等物体给予冰面压力,水分子就会被挤压到冰面的细微缝隙之中,这使得冰面变得非常平滑,从而减小了冰面的摩擦力,所以冰面就会变得很滑。

这两位科学家还发现,当温度降到零下22摄氏度以下时,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。萨姆表示,冰面最上层有永久的薄水层是冰的特性。即使摩擦力没有做功产生热量,冰面也依旧是滑的。

据了解,目前物理学界比较倾向于认同表面融化机制比压强融化机制起的作用更大。一方面,有实验证实,在冰点以下,冰的表面存在没有结晶、类似液态的水分子层,其厚度大约在10—100纳米量级;另一方面,人们甚至能在零下20摄氏度的环境中滑冰,而且也不认为减肥会导致滑冰运动员的成绩下降。这些现象都更加支持了表面融化机制。

  问题并没有获得圆满解决

新加坡研究人员认为,冰上的那层水并不是真正的液态水,而是一种“超固体皮肤”。日本研究人员认为它是冰融化为水时的一种中间状态,是一种“准液体”。

看似到了这里冰为什么很滑的谜题已经完美解开了,但是新的问题又出现了。冰上的那层水膜真的就是水吗?

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