在擦得光滑的地板上面,要比普通的地板上更容易滑倒。这样来看的话,在冰面上应该是一样的情形。也就是说,光滑平整的冰面要比凹凸不平的冰面更滑一些。那事实情况真的是这样吗?

市民小心翼翼走过结冰的街道

如果你有过在冰面上滑雪或者拉雪橇的经验,那你肯定知道雪橇在粗糙不平的冰面上前进,其实要比在光滑的冰面上滑行更加省力。也就是说,粗糙的冰面比光滑如镜的冰面更滑。因为冰的滑性根本上是由于压强增大随之而来的熔点降低导致的,并不直接取决于其光滑平整与否。

让我们想象和分析一下,在冰面上溜冰或滑雪橇的过程。当我们穿着溜冰鞋站在冰面上的时候,鞋底的冰刀的刃口与冰面接触下这小小的几平方毫米的面积支撑着我们全部的体重。这种情况下、由于小的接触面积,溜冰者对于冰面施加压力是极大的。在如此大压的情况下,冰的熔点就会降低,所以更容易融化。比方说,现在冰的温度是-5℃,而在冰刀的压力下,与冰刀接触的冰面熔点会降5℃以上。那么,在冰刀的刃口与冰面接触的这部分就会融化生成层薄薄的水,于是溜冰的人就可以非常自然、轻松地滑行了。在有的各种物体中,只有冰具有这种性质。因此一位物理学家将冰称为“自然界唯一滑的物体”,其他物体只是平整,却不滑溜。

现在我们可以回到本节主题当中了:光滑的冰滑还是凹凸不平的冰更滑?我们现在已经知道,冰面被同一个重物压着的话,接触面积越小、压强就越大。很显然,答案应该是第二种情况。当我们冰的时候,冰刀与平滑冰面的接触面积会大一些,而在凹凸不平的冰面上,冰刀只是支撑在冰面的凸起点上面,冰刀对平滑冰面的压强会更大一些,冰块的融化也就更快,冰面也就显得更滑了。这种结论只是在滑冰的刀刃有一定宽度才正确。因为刀刃锋利,就会切进冰的凸起部分里,这时一部分动能就要消耗在切割冰面的凸起上了。上面所说的“粗糙的冰面更滑”也不适用了。

除此之外,日常生活中还有许多别的现象,也可以用冰在大压强下熔点降低的道理来解释。比如说两块冰放在一起用力挤压,就会形成一整块冰;孩子们玩雪的时候捏雪球,正是无意识中利用了粒的这一特性:孩子向雪球施加压力,压强增大,使它们熔点降低,融化后又重新结合在一起。在冬天,人行道上的雪被路人踩踏以后,也会凝实成整块的冰。现在你也应该明白,为什么在非常寒的冬天,雪只能被捏成松松的雪团,雪球也不容易滚大。

文章摘自：《趣味物理学》 作者： 雅科夫·伊西达洛维奇·别莱利曼

「冰为什么是滑的」的正确解释是什么？

冰为什么那么滑？

在观赏冰面运动的比赛时，我们能看到速滑选手们一次次打破奥运纪录，滑出55千米/小时的惊人速度；花滑选手们“翩若惊鸿、宛若游龙”得不停转圈儿；而重达19千克的冰壶居然能轻而易举地到达选手设想的任何地点。这一切都基于一个我们习以为常的事实：冰面是滑的。

但如果观察一块低温的冰块，其粗粝的固体表面可能让你完全意识不到，它踩上去竟会比一块平整的玻璃还要滑。实际上，这个问题已经困扰了科学家们长达两个世纪之久。

早在19世纪就有科学家提出，如果给冰施加压力，冰的熔点就会降低。也就是说，只要有足够大的压力，冰就会更容易变成水。这种说法可以说是解释冰面为什么这么滑的标准答案。物理老师们常用直观的“负重铁丝穿过冰块”实验（有兴趣的读者可以自己在家动手做一次）来证明这点。人们想当然地认为，冰刀那么锋利，划过冰面时冰面单位面积承受的压力极大，肯定瞬间融化了。有水了，不就变滑了嘛。

不过，进一步仔细推敲后，就会发现这个听起来似乎很有道理的解释值得商榷。根据科学家们的计算，一个体重68千克的人穿着冰刀站在冰面上时，仅能让冰的熔点降低0.0167℃。而在花样滑冰的赛场上，冰面通常要维持在－4.5℃左右。也就是说，压力虽然能降低冰的熔点，但绝对达不到在赛场上融化冰面的效果。

于是，科学家又提出了摩擦生热的假说。这个解释似乎更加直观，在冰面上运动的冰刀高速摩擦冰面，难道还不能生出足以融化冰面的热量吗？

可是，这个假设没法解释一种常见的现象，那就是很多人一站到冰面上，动都没动就摔倒了，根本还没有足够的摩擦去生热。因此，科学家们坚定地认为，除了“摩擦生热”外，一定还有更特殊的原因。

人们已经想到了冰面滑是因为有水，而前两个假设就是为了解释水从何而来。于是，又有人提出了第3个假说：冰的表层本来就有水。

实际上，这个现象也很容易理解。在冰柜里放置两块冰，将它们轻轻地叠在一起。过几个小时再打开冰柜，就会看到两块冰冻成一块。物理学家认为，这是由于冰块周围覆盖着薄薄的水层，当两个水层相遇后就会冻成冰。

到了1987年，科学家们通过X射线成像技术指出，冰面上应该存在一层非常非常薄的水分子层，厚度约在100纳米量级。这是由于当水结冰时，每一个水分子都会通过氢键抓住其周围的水分子，形成晶体结构。但是表层的水分子周围缺少其他水分子，因此没有办法形成如冰块内部那般规则的结构，只能杂乱无序地游荡在表面。其实，基本上所有固体在接近熔点时都会在表面形成很薄的液体层。

现在，我们终于可以回头看看滑冰时冰面究竟发生了什么。薄薄的水分子层是你可以在冰上滑动的初始原因。随着冰刀越来越快地划过冰面，摩擦生热产生了更多的水，这让你滑得越发顺畅。