冰为什么很滑?
花样滑冰选手可以在冰面上滑出优美的舞姿,但这里有一个很令科学家困惑的事情——冰为什么很滑?这个问题看似简单,但即使经过了一个多世纪的研究,科学家也没有找到一个明确的答案。
通常的解释是,冰之所以有很低的摩擦系数,是因为鞋与冰面之间有一层薄薄的水,这层水起到了润滑作用。因此,滑冰选手可以穿着滑冰鞋在冰面上自由地滑动,但是在木质地板上却无法滑动。
事实上早在 1850 年,英国物理学家迈克尔 · 法拉第就注意到了这层水。他曾向来自伦敦皇家学会的听众们解释,挤压两块冰,两块冰之间的水层会迅速冻结,这样两块冰就冻在一起了。在很多年里,大家都认为冰面的这层水是因压力导致的,因为压力能使冰的熔点下降,促使冰发生融化。
但是,科学家经过计算后发现,即使一个体重超标的人只用一只滑冰鞋站在冰面,产生的压力也不足以明显改变冰的熔点,所以这种解释行不通。相反,一些科学家认为这应该是摩擦生热。当冰刀在冰面上运动时,产生的热量足以融化冰面。
你可能认为事情就是这样了。但是你可能会想起,即使你穿着滑冰鞋站着不动,你也可能滑倒,这说明摩擦并不是真正的原因。1996 年,一些研究人员发现,当温度在 -22 ℃以上时,冰的表面上始终有薄薄的一层永远不会凝固的水。所以说,并不是因为压力或者摩擦力产生的这层水,而是冰本身固有的性质。
不过,一位来自新加坡的研究人员认为,冰上的那层水并不是真正的液态水。他把这一层称为 " 超固体皮肤 ",并认为,冰表面上的水分子之间的化学键被拉长了,但是与液态水不同的是,每一个化学键都没有断裂。而且,这种拉长的化学键会最终在表层与接触物之间产生一种静电斥力。这种静电斥力,类似于托起磁悬浮列车中的电磁力或托起气垫船的空气那样,能托起接触物,并大幅度地减少摩擦阻力。
尽管这位研究人员认为他已经完全解决了这个问题。但是,其他的研究人员对此并不信服。在 2013 年,一位来自日本的研究人员第一次直接观测了这一层结构,并认为这层应该是 " 准液体 ",是冰融化为水时的一种中间状态。
那么,冰的表面究竟是什么?又是怎么来的?看来,这个问题暂时还得不到解决。
花样滑冰选手可以在冰面上滑出优美的舞姿,但这里有一个很令科学家困惑的事情——冰为什么很滑?这个问题看似简单,但即使经过了一个多世纪的研究,科学家也没有找到一个明确的答案。
通常的解释是,冰之所以有很低的摩擦系数,是因为鞋与冰面之间有一层薄薄的水,这层水起到了润滑作用。因此,滑冰选手可以穿着滑冰鞋在冰面上自由地滑动,但是在木质地板上却无法滑动。
事实上早在 1850 年,英国物理学家迈克尔 · 法拉第就注意到了这层水。他曾向来自伦敦皇家学会的听众们解释,挤压两块冰,两块冰之间的水层会迅速冻结,这样两块冰就冻在一起了。在很多年里,大家都认为冰面的这层水是因压力导致的,因为压力能使冰的熔点下降,促使冰发生融化。
但是,科学家经过计算后发现,即使一个体重超标的人只用一只滑冰鞋站在冰面,产生的压力也不足以明显改变冰的熔点,所以这种解释行不通。相反,一些科学家认为这应该是摩擦生热。当冰刀在冰面上运动时,产生的热量足以融化冰面。
你可能认为事情就是这样了。但是你可能会想起,即使你穿着滑冰鞋站着不动,你也可能滑倒,这说明摩擦并不是真正的原因。1996 年,一些研究人员发现,当温度在 -22 ℃以上时,冰的表面上始终有薄薄的一层永远不会凝固的水。所以说,并不是因为压力或者摩擦力产生的这层水,而是冰本身固有的性质。
不过,一位来自新加坡的研究人员认为,冰上的那层水并不是真正的液态水。他把这一层称为 " 超固体皮肤 ",并认为,冰表面上的水分子之间的化学键被拉长了,但是与液态水不同的是,每一个化学键都没有断裂。而且,这种拉长的化学键会最终在表层与接触物之间产生一种静电斥力。这种静电斥力,类似于托起磁悬浮列车中的电磁力或托起气垫船的空气那样,能托起接触物,并大幅度地减少摩擦阻力。
尽管这位研究人员认为他已经完全解决了这个问题。但是,其他的研究人员对此并不信服。在 2013 年,一位来自日本的研究人员第一次直接观测了这一层结构,并认为这层应该是 " 准液体 ",是冰融化为水时的一种中间状态。
那么,冰的表面究竟是什么?又是怎么来的?看来,这个问题暂时还得不到解决。