冰为什么这么滑
发布时间:2021-05-08 10:34:36 | 来源:【《科技日报》】
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冰为什么那么滑,有些人会不假思索地回答:“因为冰面足够光滑!”这个解释或许有几分道理,可真正滑过冰的人一定知道,户外的冰面往往很粗糙,根本就不光滑。
另外一个例子也能证明,这样的解释是不合理的。酒店里洁净的大理石地板要比天然冰面光滑得多,可人们依旧能在上面健步如飞,不用像在冰面上那样小心翼翼。
其实,想让物体变滑,只需薄薄一层润滑剂即可,它可以是水、蜡、矿物油,也可以是细砂粒、石墨粉。润滑剂能大大降低物体间的摩擦。而水就是冰面自带的天然润滑剂。当我们站在冰面上时,脚部并不与冰面直接接触,而是隔着一层具有流动性的水膜。
讲到这里,冰面为什么滑的问题已经解释完了,但仍有一个问题未被解决——冰面上的水从何而来?
我们都知道,冰在零摄氏度时才会融化。我们北方大部分地区室外温度可达零下五六度,甚至还曾低至零下十多度,这个温度显然不足以让冰表面融化。
其实,“冰在零摄氏度时会融化”并不准确,它忽略了一个重要的前提,即只有在一个标准大气压下,冰的熔点才为零摄氏度。
20世纪中期,人们发现在冰的表面天然存在一层介乎于水与冰之间、具有流动性的表面态物质。它并非是冰融化后形成的水,即便温度低于熔点,这层物质也能存在,一些学者将其称为“准液体层”。1987年,科学家利用X射线衍射“看”到了冰表面的微观结构,证实了冰表面确实存在着一层准液体。
进入21世纪,科学家们用一个类似音叉的装置和毫米级的玻璃珠巧妙地测量了这层准液体的力学特性。科学家在实验中发现,这层准液体可以被看作是水和微小碎冰的混合物,它的黏性比水大得多,如同油一般,同时也具有接近固态冰的弹性。合适的黏性与弹性使得冰表面的准液体甚至比水的润滑效果还好,这也就解释了为什么冰面比泼了水的光滑地板还滑。