本着从易到难的原则,第一期我选的主题最简单——“冰刀与熔点”。
冰刀是冰上运动的核心装备之一,速度滑冰、花样滑冰、冰球运动都离不开冰刀。了解滑冰的人都知道,冰刀的刀刃是比较锋利的,甚至说是比较危险的。
我举一个例子,2010温哥华冬奥会女子3000米接力赛,中国代表队勇夺金牌,在队员们忘情庆祝,与教练拥抱过程中,王濛无意间给队友破了相,队友张会的脸被割伤,事后缝了十针。
你去网上搜一下“冰刀划伤”就会发现,冰刀伤人的案例在赛场上,甚至是训练场上时常发生。
那么问题来了,既然危险,为什么要把冰刀做的这么锋利呢?
简单来说,冰刀设计的很薄,首先是为了蹬冰启动、加速时的抓地力。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反作用力。
除此之外,最常见的解释是:增大与冰面的压强从而降低冰的熔点,使得接触点的冰熔化成水膜从而减小摩擦。
知识点1. 干摩擦与湿摩擦
干摩擦是发生在固体与固体之间的摩擦,湿摩擦是发生在固体与液体或气体之间的摩擦,相同压力下,后者的摩擦系数比前者小很多。
比如,为了减小机械之间的摩擦,工业上通常会加润滑油,这就是利用湿摩擦较小的特点。再比如,刚被湿拖把清扫过的地面非常的滑,也是因为了类似的原理。
冰的表面,比大多数的物体表面都要光滑(据说表层有一层很薄的水膜),但是对于滑冰而言还不够,如果能在冰的表面撒一层水,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?总不能在冰面上洒润滑油吧?
这时候就需要第二个知识点帮你解答。
知识点2. 冰的熔点与压强
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,水更倾向变为体积更小的液态,换句话说其熔点会降低。这一点,可以从水的三相图中得到答案。
冰刀之所以做的锋利,是为了通过减小受力面积从而增大与冰面的压强,如此原来接触点部分的冰会迅速熔化,从而起到润滑作用。划过的冰面,因为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。
在初中物理课中,老师可能会演示一个叫做“绳子穿冰块”的物理实验。
这个实验中,被绳子勒住的地方压强大,冰因熔点降低而熔化,当绳子穿过之后熔点回升又重新凝固了。
拓展知识. 捏雪球
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?
雪是微小的冰晶,受到外部挤压时熔点降低,发生熔化。捏成雪球后不再给它压力,熔化的部分又重新结冰,把其余没有融化的冻结成型,所以捏好后的雪球可以保持形状。滚雪球时也是利用雪球本身重力,实现雪“熔化”→“凝固”的过程。
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