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A13 · 冰为什么是滑的?教科书答案也不对

压力、表面层与摩擦热

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冰面很滑,这件事谁都知道。但你有没有认真想过:冰明明是一种坚硬的固体,为什么踩上去还是会滑?课本上给的答案是这样的:冰刀的刀刃,压在冰面上,压强很大,冰的熔点会降低,接触点上的冰就化成了水,有了水膜,当然就滑。这个解释流传了上百年。

我们来算一下它成不成立。一个七十公斤的人站在冰刀上,冰刀和冰的接触面积很小,算下来大约是几十个大气压。而要让冰的熔点降低一度,需要一百三十五个大气压。所以它能降低的不到一度。

更要命的是另一个问题:冰在零下二十度还是滑的。要让冰在零下二十度融化,需要两千七百个大气压。没有任何一双冰刀做得到。所以压力说站不住脚。

真正的原因其实有两个:第一个在冰的表面上。冰的表面从来不是干燥的,即使温度远低于零度,表面也有一层极薄的准液体。这层水膜只有几纳米厚,它的分子可以自由滑动。所以冰天生就是滑的。

第二个原因来自摩擦:冰刀在冰面上滑动时会生热,这层热量让表面融化得更多,于是你就能越滑越顺。所以冰面到底滑不滑,取决于压力和摩擦热加起来,够不够维持那层水膜。那为什么冰刀特别滑?因为冰刀和冰的接触面积很小,同样的体重,压强更大,产生的摩擦热也更集中。

两者叠加,效果就出来了。所以下次踩在冰面上,你可以想一想这件事:让你滑倒的不是压力,而是那层几纳米厚的水。想聊的在评论区说说。