大家都有这样的经验:在擦得光光的地板上,要比在普通地板上容易滑倒。所以我们推论:在冰上也应该一样。也就是说,光滑的冰应该比凹凸不平的冰更滑。事实上,恰好相反。
假如你曾经在凹凸不平的冰面上拖过满载重物的小雪撬,你就会相信,雪撬在这种冰面上行进,竟要比在光滑的冰面上省力得多。这就是说,不平的冰面竟比平的冰面更滑!这是为什么呢?
原来,冰的滑性主要并不是因为它平滑,而是因为另外一个原因,就是“当压强增加的时候,冰的熔点要降低”。那么,当我们溜冰或者乘雪撬滑行的时候,究竟发生了什么事情呢?当我们穿了溜冰鞋站在冰上的时候,用鞋底下装有冰刀的刃口接触冰面,我们的体重只是支撑在很小的——只有几平方毫米的面积上。我们按5平方毫米来算,根据压强公式可以算出,一个体重为500牛顿的人在溜冰时,对冰的压强就是1×108帕。在这样极大的压强作用下,冰在比较低的温度下就能融化,因此在冰刀的刃口和冰面之间产生了一层很薄的水,于是,溜冰的人可以自由溜滑了。等你的脚滑到另外一个地方,发生的情形也是一样的。总之,溜冰的人所到的地方,冰刀下面的冰都变成了一层很薄的水。人们研究发现,在现有各种物质当中,只有冰具有这种性质。因此一位物理学家把冰称作“自然界唯一滑的物体”。其它的物体只是“平滑”,却不“滑溜”。
现在我们可以谈论上面的问题了,即:光滑的冰和凹凸不平的冰哪一个更滑?我们知道冰面被同一个重物压着,受压面积越小,压强就越大。那么,一个溜冰的人,是站在平滑的冰面上对支撑点的压强大呢,还是站在凹凸不平的冰面上所加的压强大呢?当然是在凹凸不平的情形时压强大;因为在不平的冰面上,脚与冰面的接触面积小,因而压强大。压强大冰更容易融化,因此这种冰也就更“滑”了。
日常生活中有许多现象,也可以用“冰在大的压强下面熔点降低”的道理来解释。两块冰叠起来用力挤压,就会冻成一块。孩子们在捏雪球的时候,无意识地利用了这个特性。我们在滚雪球的时候,也应用了冰的这个特性,滚在雪上的雪球,因为它本身的重力使它下面的雪暂时融化,接着又冻结起来,沾上了更多的雪,所以,雪球越滚越大。下雪后,人行道上的雪,经过人的践踏后很容易融化。融化后的雪又被冻成了一整层的冰块。
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