冰刀与熔点
如图甲所示,冰刀是冰上运动的核心装备之一。同学们都知道,冰刀的刀刃是比较锋利的,甚至说是比较危险的。那么问题来了,既然危险,为什么要把冰刀做得这么锋利呢?
简单来说,冰刀设计得很薄,首先是为了蹬冰启动、加速时获得抓地力。毕竟刀刃是嵌入冰里的,蹬冰时可以提供一个垂直于冰刀的作用力。
除此之外,还有一个重要的原因是:增大对冰面的压强从而降低冰的熔点,使接触面的冰熔化成水膜从而减小摩擦。就像为了减小机械之间的摩擦,工业上通常会在机械组件间加润滑油。再比如,刚被湿拖把清扫过的地面非常滑,也是因为类似的原理。
冰的表面,比大多数的物体表面都要光滑,但是对于滑冰而言还不够,如果能在冰的表面洒一层水,其摩擦系数会进一步减小。但现在存在一个问题,如果真的在低温冰面上洒水,水也会很快凝固。那怎么办呢?这就要利用冰的熔点与压强的关系了,对于冰这种晶体来讲,熔化时体积是变小的,在压强比较大的时候,更倾向变为体积更小的液态,即其熔点会降低。这一点,可以从水的三相图中得到答案,如图乙所示。
所以冰刀之所以做得锋利,是为了增大其与冰面的压强,接触部分的冰熔点降低会迅速熔化,从而起到润滑作用。划过的冰面,因为冰刀对冰面压强的消失熔点回升,熔化后的水又迅速结冰了,这就是复冰现象。你想过没有,原本松软的雪,为什么捏一下就可以变成硬的雪球?是不是也是一样的道理呢。
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