教研广场

登录

贺兰县第一中学物理课程社区

【物理原理】冬奥会里的物理(一):冰刀与熔点

2022-02-09 12:08:22 发布人:杨国荣 792

【物理原理】冬奥会里的物理(一):冰刀与熔点 

2022-01-07 21:33


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

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。

● 文章来源于物理王大师,作者王淇磊老师的个人微信

免责声明:自媒体综合提供的内容均源自自媒体,版权归原作者所有,转载请联系原作者并获许可。文章观点仅代表作者本人,不代表环球物理立场。

IDhuanqiuwuli