來源:百度文庫 2010-08-17 18:42:57
6.16 為什么冰是滑的?
在擦得光光的地板上,要比在普通地板上容易滑倒。這樣看來,冰上也應該一樣了,就是光滑的冰應該比凹凸不平的冰更滑了。
但是,假如你曾經在凹凸不平的冰面上拖過滿載重物的小雪橇,你就會相信,雪橇在這種冰面上行進,竟要比在平滑的冰面上省力得多。這就是說,不平的冰面竟比平滑的冰面更滑!解釋是,冰的滑性主要并不因為它平滑,而是由于完全另外的一個原因,就是當壓強增加的時候,冰的熔點要減低。
讓我們分析一下,當我們溜冰或者乘雪橇滑行的時候,究竟發生一些什么事情。當我們穿了溜冰鞋站在冰上的時候,用鞋底下裝著的冰刀的刃口接觸著冰面,我們的身體是只支持在很小很小的面積上,——一共只有幾平方毫米的面積上。你的全部體重就壓在這樣大小的面積上。假如你想起第二章里所談的關于壓強的問題,你就可以明白,溜冰的人對于冰面所加的壓強是極大的。在極大壓強的作用下,冰在比較低的溫度也能夠熔化;比方說,現在冰的溫度是攝氏零下5度,而冰刀的壓力把冰刀下面的冰的熔點減低的還不止5度,那么這部分的冰就要熔化了①。那時候就怎么樣了呢?那時候在冰刀的刃口和冰面之間產生了一薄層的水,——于是,溜冰的人可以自由滑溜了。等他的腳滑到了另外一個地方,發生的情形也是一樣。總之,溜冰的人所到的地方,在他的冰刀下面的冰都變成了一薄層水。在現有各種物體當中,還只有冰具有這種性質,因此一位物理學家把冰稱做“自然界唯一滑的物體”。其他物體只是平滑,卻不滑溜。
現在我們可以談到本節的題目上來了:光滑的還是凹凸不平的更滑。我們已經知道,冰面給同一個重物壓著,受壓面積越小,壓強就越大。那么,一個溜冰的人站在平滑的冰面上,對支點所加的壓強大呢,還是站在凹凸不平的冰面上所加的壓強大?當然在凹凸不平的情形壓強大:因為在不平的冰面上,他只支持在冰面的幾個凸起點上。而冰面的壓強越大,冰的熔化也越快,因此,這冰也就顯得更滑了(這個解釋只對于刀刃比較闊的冰刀是適用的,對于刀刃鋒利的冰刀,因為它會切割到冰的凸起部分里去,上面所說是不適用的——在這個情形,運動的能量要消耗到切割凸起部分上面去)。
日常生活里有許多別的現象,也可以用冰在大壓強下面熔點減低的道理來解釋。兩塊冰迭起來用力擠壓,就會凍結成一塊,正可以用這個道理來說明。孩子們在捏雪球的時候,無意識地正是利用了這個特性,雪片在受到壓力的時候,減低了它的熔點,因此有一部分熔化了,手一放開就又凍結起來。我們在滾雪球的時候,也是在運用冰的這個特性:滾在雪上的雪球因為它本身的重量使它下面的雪暫時的熔化,接著又凍結起來,粘上了更多的雪。現在你當然也會明白為什么在極冷的日子,雪只能夠給捏成松松的雪團,而雪球也不容易滾大。人行道上的雪,經過走路的人踐踏以后,也因為這個緣故,會逐漸凝成堅實的冰,雪片凍成了一整層的冰塊。
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