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        奇妙的高壓化冰

        2017-07-07 21:06:23華興恒
        關(guān)鍵詞:冰刀刻痕刀刃

        華興恒

        要想使冰熔化,除了提高環(huán)境的溫度,還有其他的辦法嗎?我們知道,冰是晶體,它的熔點(diǎn)是0℃。但你知道嗎。其實(shí)晶體的熔點(diǎn)會(huì)受壓強(qiáng)的影響。實(shí)驗(yàn)表明。壓強(qiáng)每增大1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,冰的熔點(diǎn)約降低0.0075℃.下面就請(qǐng)同學(xué)們領(lǐng)略一下生活中那些有關(guān)高壓熔化冰的現(xiàn)象。

        切不開的冰塊

        首先請(qǐng)同學(xué)們和我一同做一個(gè)實(shí)驗(yàn):取一冰塊,把它放在支架上,用一根細(xì)鋼絲橫跨在冰塊上,在鋼絲的下端掛一個(gè)1 kg左右的重物,如圖1.耐心地觀察,你會(huì)看到一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象:隨著時(shí)間的推移,鋼絲會(huì)逐漸嵌入冰塊中,并緩慢地向下移動(dòng)。最后鋼絲將從冰塊下面穿出。奇妙的是,整個(gè)冰塊并未被切割成兩塊,冰塊中鋼絲經(jīng)過的地方完好如初。

        這是因?yàn)殇摻z下吊有重物,使得鋼絲下面的冰所受的壓強(qiáng)增大,此處冰的熔點(diǎn)降低,會(huì)緩慢地熔化成水,因此鋼絲會(huì)緩慢地向下移動(dòng)。當(dāng)鋼絲下移后,原來鋼絲經(jīng)過的地方壓強(qiáng)減小,冰的凝固點(diǎn)升高恢復(fù)原狀,同時(shí)鋼絲下面被壓的冰壓強(qiáng)增大,熔點(diǎn)降低。鋼絲下面的冰熔化要從周圍吸收熱量,使得鋼絲上部的水重新凝固成冰。就這樣,冰塊在不斷被切割的同時(shí),“傷口”不斷愈合,最終當(dāng)鋼絲從冰塊的下端穿出時(shí),整塊冰又重新凝固成了一塊,就好像切不開一樣。

        越滾越大的雪球

        冬天,當(dāng)?shù)孛娓采w了一層厚厚的雪,我們將一個(gè)小雪團(tuán)在地上反復(fù)滾動(dòng),小雪團(tuán)就會(huì)變成雪球越滾越大(如圖2)。有些人解釋說。雪球是依靠黏附力的作用,在滾動(dòng)過程中把地上的雪粘在一起形成的。實(shí)際情況并不完全如此,雪與雪之間并沒有多大的黏附作用。那么雪球越滾越大的主要原因到底是什么呢?

        小雪團(tuán)變成大雪球的原因也是由于壓強(qiáng)變大降低了冰的熔點(diǎn)。雪是由水蒸氣凝華而成的晶體,其本質(zhì)也就是冰。雪球在滾動(dòng)的過程中,和地面接觸的部分被壓緊,雪的熔點(diǎn)因此而下降,熔化成水。隨著雪團(tuán)的滾動(dòng),原來和地面接觸的部分脫離地面,由于水對(duì)雪的黏附作用非常大,此時(shí)地上的雪被黏附在雪球上,而剛剛?cè)刍傻乃捎趬毫p小又結(jié)成冰,使得附著的雪牢牢凍結(jié)在雪球上,這樣一來,雪球的體積就變大了。就這樣,隨著雪球不斷地在雪地上滾動(dòng),雪球下的雪被壓熔化,減壓后又會(huì)結(jié)成冰,與雪球結(jié)合在一起。因此,與雪球接觸的雪片不斷地進(jìn)行著“熔化、附著、結(jié)冰”的過程,巨大的雪球就漸漸形成了。

        能在冰上滑行的冰刀

        普通人在冰上行走非常吃力,但溜冰運(yùn)動(dòng)員卻能在冰上疾行。這一切全靠運(yùn)動(dòng)員所穿的帶有冰刀的冰鞋。冰刀與冰面的接觸面積很小,因而它對(duì)冰面的壓強(qiáng)很大,從而使與冰刀接觸的冰的熔點(diǎn)降低,此處的冰在0℃以下也可以熔化成水,這樣就在冰刀的下方形成了一層水,相當(dāng)于在冰刀前進(jìn)的道路上抹了一層潤滑劑,起到潤滑的作用,使得冰刀與冰之間的摩擦力大大減小,因而溜冰運(yùn)動(dòng)員可以在冰面上快速地滑行。

        冰刀在冰上滑行時(shí)還起到了調(diào)整方向的作用。在日常生活中,人之所以能夠前進(jìn),是因?yàn)槿藢?duì)地面施加了一個(gè)作用力,同時(shí),人受到地面對(duì)人施加的反作用力,這個(gè)力就是人前進(jìn)的動(dòng)力。如果沒有這個(gè)力的作用,人就寸步難行。而人在運(yùn)動(dòng)起來之后,就要盡量減小前進(jìn)過程中受到的阻力,同時(shí)還要靠調(diào)整姿態(tài)或與地面的摩擦力來調(diào)整運(yùn)動(dòng)的方向。例如,跳水運(yùn)動(dòng)員靠調(diào)整姿態(tài)和重心來改變運(yùn)動(dòng)方向,飛機(jī)靠調(diào)整尾翼和兩側(cè)機(jī)翼的傾角來改變運(yùn)動(dòng)方向。

        運(yùn)動(dòng)員滑冰時(shí)要用冰刀蹬冰,要蹬冰就只有用冰刀的刃去“啃”冰。刀刃必須很薄、很鋒利,這樣對(duì)冰面的壓強(qiáng)就大,才可以獲得較大的力,不過要注意的是,滑冰時(shí)重心必須放在前進(jìn)的腳上,只有這樣另一只腳才可以做各種動(dòng)作,因此在重心所在的那只腳上,冰刀必須與前進(jìn)的方向一致,這樣冰刀與冰面幾乎是沒有摩擦力的,運(yùn)動(dòng)員可以很巧妙地掌握冰刀與冰面接觸的位置,要蹬冰或轉(zhuǎn)彎時(shí),盡量利用鋒利的刀刃,而滑行時(shí)則盡量避免“啃”冰。

        還有一個(gè)比較有趣的現(xiàn)象,冰刀在冰塊上劃過之后,總會(huì)留下一道白色的痕跡,這是冰刀刻出來的?;芪⒚?,沒有刻痕不行,刻痕太重了也不行,做各種不同的動(dòng)作留下的刻痕也不同。運(yùn)動(dòng)員前進(jìn)時(shí),沒有刻痕就不能控制方向。

        速滑、花樣滑冰和冰球運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)作的要求不同,這幾項(xiàng)運(yùn)動(dòng)用到冰刀的形狀不同,刀刃的形狀也不同。速滑要盡量減小摩擦以保證速度,因而冰刀很長,只有在轉(zhuǎn)彎時(shí)利用刀刃吃冰,刀刃形如桌子的棱角,是90°(如圖3)。打冰球時(shí)要頻繁靈活地調(diào)整動(dòng)作,如起動(dòng)、停止、左躲右閃、轉(zhuǎn)動(dòng)騰挪,用到的冰刀就要短一些,刀刃要鋒利一些,槽要深一些(如圖4)?;踊\(yùn)動(dòng)員離不開旋轉(zhuǎn)翻飛,動(dòng)作要求輕靈、變化多,而不要求直線運(yùn)動(dòng)速度,因此冰刀長度要短些,刀槽要深,刀刃要鋒利。為了適應(yīng)花樣滑冰的急轉(zhuǎn)急停,除了鋒利的刀刃,還要在冰刀的前端加一排鋸齒(如圖5),以便更好地控制動(dòng)作。

        責(zé)任編輯 林洋

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