冰面上的水从何而来?到底是什么让冰面如此光滑?

作者&投稿:佴钧 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
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溜冰作为冬天的传统式室外新项目,每一年都能吸引住很多人参加在其中。但你有没有想过,为何冰面会那么滑呢?

冰面内置纯天然润滑剂

问及冰为何那麼滑,很有可能有的人会毫不犹豫地回应:“由于冰面充足光洁

这一表述也许有一些大道理,可真真正正滑过冰的人一定了解,室外的冰面通常很不光滑,压根就凸凹不平。但令人费解的是,只需一不注意,走在冰面上就能摔一跤。无须说户外冰场,就算是冬季马路边一摊存水结为的碎冰碴子,也可以一秒把人放平。

此外一个事例也可以证实,那样的表述是不科学的。酒店餐厅里清洁的大理石地面要比纯天然冰面光洁得多,可大家依然能在上面疾步,无需像在冰面上那般提心吊胆。

实际上 ,想让物件变滑,只需薄薄的一层润滑剂就可以,它还可以是水,蜡,矿物质机油,还可以是细沙粒,鳞片石墨。润滑剂能大幅度降低物件间的摩擦。而水便是冰面内置的纯天然润滑剂。在我们立在冰面处时,足部并不与冰面直接接触,只是隔着一层具备流通性的收缩水。

大家都了解,冰在零摄氏度时才会融化。上一个月北京户外温度可以达到零下五六度,乃至还曾低至零下十多度,这一温度显而易见不能让冰表面溶化。

实际上 ,“冰在零摄氏度的时候会溶化”并不精确,它忽视了一个主要的前提条件,即仅有在一个大气压下,冰的熔点才为零摄氏度。早在1850年,生物学家就发觉提升气体压强会使冰的熔点减少。第一个把这个规律性和溜冰联络起来的人是爱尔兰科学家约翰·乔利。

他觉得,当人立在冰面处时,人体对冰面造成的气体压强会使冰的熔点小于零摄氏度,让冰的表面溶化,产生一层具备润滑功效的收缩水,使冰面变滑。人假如穿上有薄薄的冰刀的滑冰鞋,那麼增加在冰面的气体压强会更高,熔点便会下滑得大量。

据约翰·乔利的测算,衣着冰鞋的儿童会给冰表面增加超出标准大气压强400几倍的气体压强,能使冰的熔点降至-3.5℃。

“冰面上的水究竟是从哪里而来的呢?”的难题好像被极致地解决了,但总会有一些不太对的地区。立冬后,在我国东北地域的温度能达到零下几十度,依照约翰·乔利的基础理论,东北的冰面应当不容易融化,不容易令人摔倒,也难以在上面滑跑。殊不知客观事实并不是这样,在冰面上“滑刺溜”是东北日常冬天主题活动之一。

估且不说东北,一般花滑场冰面的最好温度约为-5.5℃,且花样滑冰鞋上的冰刀厚厚的,绝大部分状况下选手也是身轻如燕,约翰·乔利的基础理论彻底没有对其开展表述。但实际上冰刀是厚厚的的,触碰总面积要远高于这一数,这代表着冰面被增加的气体压强很有可能远不能让熔点降低得这般之多。曾有些人试验计算,一个70KG的人立在冰刀上,只有让冰的熔点减少0.017℃。

1939年,弗兰克·鲍登和T·P·休斯明确提出,是鞋底子或冰刀与冰面中间摩擦产生的发热量,促进冰面融化,产生了一层收缩水。

经不断试验,她们觉得相较于气体压强,磨擦是使冰表面融化的关键要素。为了更好地认证这一结果,她们还将试验地址建在了海拔高度3346米的冰凉岩洞中,还使用了液态氮,汽化气体等工业制冷。

殊不知,她们二人的表述并没有让学术界令人满意。这时,一个想法在大家脑中造成:是否会冰的表面自身就存有着一层水呢?

20世经中后期,伴随着固体物理与管理科学的发展,及其原材料检测方式方法的升级,大家发觉在冰的表面纯天然存有一层介乎强电解质与冰中间,具备流通性的表面态化学物质。

它并不是是冰融化后产生的水,就算温度小于熔点,这层化学物质也可以存有,一些专家学者将其称之为“准液态层”。它的薄厚和温度相关,温度小于熔点越多,这层准液态就越薄。

1987年,生物学家运用X射线衍射“看”到冰表面的外部经济构造,确认了冰表面的确存有着一层准液态。

进到21新世纪,专家用非线性光学的方式进一步探讨了冰表面准液态的构造与特性。也有一些科研精英团队用分子动力学方式拿电子计算机仿真模拟了冰表面水分的排布方法,乃至模拟了水分怎样在冰表面“走来走去”。但这种水分便是润滑剂吗?日常生活的润滑剂一般是水状的,泥状的,非常少看到像水一样材质的。润滑剂不但要有有效的流通性,一般还需要有一定的

发布于《自然》杂志的一项科学研究表明,专家用一个相近音叉实验的设备和mm级的玻璃弹珠恰当地测定了这层准液态的结构力学特点。音叉实验震动推动小玻璃弹珠在冰面移动,加快计则捕获这一全过程中玻璃弹珠的运动状态。

生物学家在试验中发觉,这层准液态能够被当作是水和细微冰块的混合物质,它的黏性比水大很多,好似油一般,与此同时也具备贴近固体冰的延展性。适合的黏性与延展性促使冰表面的准液态乃至水比的保养实际效果还行,这也就理解了为何冰面比泼了水的光洁木地板还滑。

从此,“冰为何滑”这个问题拥有比较详细的表述。讲了这么多,想来很多人早已按捺不住,想立刻去冰场一展风采了。不要着急,最终建议大伙儿,一定要在靠谱冰场溜冰,与此同时佩戴好必需的护膝,留意自己安全性。



这是因为温度非常寒冷,水遇到冷气就会变成冰块,因为冰面是水和微小碎冰的混合物,黏性比水大,所以就非常光滑。

空气中的水蒸气在比较冷的时候遇到冰面会形成一层非常薄的水膜,所以才会让冰面如此的光滑,主要和温度有关系,和冰的程度有关系。



不清楚


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