滾雪球與滑冰中的學問

我們常說：“冰的熔點是0℃。”其實這個結論是有條件的。即只有在1個標準大氣壓下。冰的熔點才是0℃。由此可見。晶體的熔點會受壓強的影響。晶體熔化時若體積膨脹。它的熔點就隨著壓強的增大而升高：晶體熔化時若體積縮小。它的熔點就隨著壓強的增大而降低。冰在熔化時。其體積減小。因此當壓強大于1標準大氣壓時。冰的熔點就低于0℃：當壓強低于1標準大氣壓時。冰的熔點就高于0℃。

冰的熔點隨壓強增大而降低可通過實驗顯示出來：如右圖，取一塊長方體冰塊。把它放在支架上。將一根細鋼絲橫跨在冰塊上。在鋼絲的下端掛一個1 kg左右的重物。耐心仔細地觀察，會看到一個非常奇妙有趣的現象：鋼絲會逐漸嵌入冰塊。并緩慢地向下移動。最后從冰塊下面脫出。而冰塊并未被切割成兩塊。并且鋼絲經過的地方完好如初。

冰塊為什么會“割”而不斷呢?原來是壓強搗的鬼。由于鋼絲下吊有重物。使得鋼絲下的冰受到的壓強增大了。遠遠大于1標準大氣壓。此處的冰因熔點降低而緩慢熔化成水。鋼絲也就會緩慢向下移動。鋼絲下移后。它上面縫隙里的水又處于1標準大氣壓下。其凝固點是0℃。同時鋼絲下面被壓的冰熔化時要從周圍吸收熱量。鋼絲上方的水放出熱量。溫度降低到0℃以下。又會重新結冰。使被鋼絲切開的冰又重新連接起來。就這樣。鋼絲慢慢地“切割”下去。而冰塊完好如初。

大量實驗事實證明。壓強增大1標準大氣壓，冰的熔點降低約0.007 5℃。用這個實驗結論可以解釋日常生活中常見的兩個比較有趣的實際問題。

1 雪球為什么越滾越大?

因為冰雪的熔點只有在1標準大氣壓下才是0℃。如果壓強增大，它的熔點就會降低。當我們把疏松的雪壓緊時。加大了雪片之間的壓力。雪的熔點因此而下降。在0℃以下。雪照樣可以熔化成水附著在雪團上。當雪團滾動后。附著在雪團上的水隨著壓力的減小又結成冰。使雪球變大。隨著雪球不斷地在雪地上滾動，雪團下的雪被壓熔化。減壓后又會結冰，與雪球結合在一起。因而雪球會越滾越大。

2 滑冰運動員為什么能在冰面上快速滑行?

大家都知道。滑冰運動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，其實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，刀與冰面有一定的摩擦。由于冰刀與冰面的接觸面積很小。它對冰面的壓強顯著地增大，使接觸處冰的熔點降低。此處的冰在0℃以下照樣可以熔化成水。這樣就在冰刀周圍能形成了一層水。這就相當于在冰刀前進的道路上抹了一層潤滑劑。使得冰刀與冰之間的摩擦力大大減小。因而滑冰運動員可以在冰面上快速滑行。

責任編輯 程哲