滾雪球與滑冰中的學(xué)問(wèn)

我們常說(shuō)：“冰的熔點(diǎn)是0℃。”其實(shí)這個(gè)結(jié)論是有條件的。即只有在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下。冰的熔點(diǎn)才是0℃。由此可見(jiàn)。晶體的熔點(diǎn)會(huì)受壓強(qiáng)的影響。晶體熔化時(shí)若體積膨脹。它的熔點(diǎn)就隨著壓強(qiáng)的增大而升高：晶體熔化時(shí)若體積縮小。它的熔點(diǎn)就隨著壓強(qiáng)的增大而降低。冰在熔化時(shí)。其體積減小。因此當(dāng)壓強(qiáng)大于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)。冰的熔點(diǎn)就低于0℃：當(dāng)壓強(qiáng)低于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)。冰的熔點(diǎn)就高于0℃。

冰的熔點(diǎn)隨壓強(qiáng)增大而降低可通過(guò)實(shí)驗(yàn)顯示出來(lái)：如右圖，取一塊長(zhǎng)方體冰塊。把它放在支架上。將一根細(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。耐心仔細(xì)地觀察，會(huì)看到一個(gè)非常奇妙有趣的現(xiàn)象：鋼絲會(huì)逐漸嵌入冰塊。并緩慢地向下移動(dòng)。最后從冰塊下面脫出。而冰塊并未被切割成兩塊。并且鋼絲經(jīng)過(guò)的地方完好如初。

冰塊為什么會(huì)“割”而不斷呢?原來(lái)是壓強(qiáng)搗的鬼。由于鋼絲下吊有重物。使得鋼絲下的冰受到的壓強(qiáng)增大了。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。此處的冰因熔點(diǎn)降低而緩慢熔化成水。鋼絲也就會(huì)緩慢向下移動(dòng)。鋼絲下移后。它上面縫隙里的水又處于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下。其凝固點(diǎn)是0℃。同時(shí)鋼絲下面被壓的冰熔化時(shí)要從周?chē)諢崃俊ｄ摻z上方的水放出熱量。溫度降低到0℃以下。又會(huì)重新結(jié)冰。使被鋼絲切開(kāi)的冰又重新連接起來(lái)。就這樣。鋼絲慢慢地“切割”下去。而冰塊完好如初。

大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明。壓強(qiáng)增大1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，冰的熔點(diǎn)降低約0.007 5℃。用這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以解釋日常生活中常見(jiàn)的兩個(gè)比較有趣的實(shí)際問(wèn)題。

1 雪球?yàn)槭裁丛綕L越大?

因?yàn)楸┑娜埸c(diǎn)只有在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下才是0℃。如果壓強(qiáng)增大，它的熔點(diǎn)就會(huì)降低。當(dāng)我們把疏松的雪壓緊時(shí)。加大了雪片之間的壓力。雪的熔點(diǎn)因此而下降。在0℃以下。雪照樣可以熔化成水附著在雪團(tuán)上。當(dāng)雪團(tuán)滾動(dòng)后。附著在雪團(tuán)上的水隨著壓力的減小又結(jié)成冰。使雪球變大。隨著雪球不斷地在雪地上滾動(dòng)，雪團(tuán)下的雪被壓熔化。減壓后又會(huì)結(jié)冰，與雪球結(jié)合在一起。因而雪球會(huì)越滾越大。

2 滑冰運(yùn)動(dòng)員為什么能在冰面上快速滑行?

大家都知道。滑冰運(yùn)動(dòng)員的冰鞋上都裝有冰刀。從表面上看，這是為了減小受力面積，增大壓強(qiáng)，其實(shí)更深層的作用是為了提高滑行的速度。你知道其中的道理嗎?

穿冰鞋在冰上滑行時(shí)，刀與冰面有一定的摩擦。由于冰刀與冰面的接觸面積很小。它對(duì)冰面的壓強(qiáng)顯著地增大，使接觸處冰的熔點(diǎn)降低。此處的冰在0℃以下照樣可以熔化成水。這樣就在冰刀周?chē)苄纬闪艘粚铀＿@就相當(dāng)于在冰刀前進(jìn)的道路上抹了一層潤(rùn)滑劑。使得冰刀與冰之間的摩擦力大大減小。因而滑冰運(yùn)動(dòng)員可以在冰面上快速滑行。

責(zé)任編輯 程哲