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《趣味物理學(xué)》在線閱讀——第6章 熱的現(xiàn)象(10-17)(7)

來源:百度文庫 2010-08-17 18:42:57

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6.16 為什么冰是滑的?

  在擦得光光的地板上,要比在普通地板上容易滑倒。這樣看來,冰上也應(yīng)該一樣了,就是光滑的冰應(yīng)該比凹凸不平的冰更滑了。

  但是,假如你曾經(jīng)在凹凸不平的冰面上拖過滿載重物的小雪橇,你就會(huì)相信,雪橇在這種冰面上行進(jìn),竟要比在平滑的冰面上省力得多。這就是說,不平的冰面竟比平滑的冰面更滑!解釋是,冰的滑性主要并不因?yàn)樗交怯捎谕耆硗獾囊粋(gè)原因,就是當(dāng)壓強(qiáng)增加的時(shí)候,冰的熔點(diǎn)要減低。

  讓我們分析一下,當(dāng)我們溜冰或者乘雪橇滑行的時(shí)候,究竟發(fā)生一些什么事情。當(dāng)我們穿了溜冰鞋站在冰上的時(shí)候,用鞋底下裝著的冰刀的刃口接觸著冰面,我們的身體是只支持在很小很小的面積上,——一共只有幾平方毫米的面積上。你的全部體重就壓在這樣大小的面積上。假如你想起第二章里所談的關(guān)于壓強(qiáng)的問題,你就可以明白,溜冰的人對于冰面所加的壓強(qiáng)是極大的。在極大壓強(qiáng)的作用下,冰在比較低的溫度也能夠熔化;比方說,現(xiàn)在冰的溫度是攝氏零下5度,而冰刀的壓力把冰刀下面的冰的熔點(diǎn)減低的還不止5度,那么這部分的冰就要熔化了①。那時(shí)候就怎么樣了呢?那時(shí)候在冰刀的刃口和冰面之間產(chǎn)生了一薄層的水,——于是,溜冰的人可以自由滑溜了。等他的腳滑到了另外一個(gè)地方,發(fā)生的情形也是一樣?傊锉娜怂降牡胤,在他的冰刀下面的冰都變成了一薄層水。在現(xiàn)有各種物體當(dāng)中,還只有冰具有這種性質(zhì),因此一位物理學(xué)家把冰稱做“自然界唯一滑的物體”。其他物體只是平滑,卻不滑溜。

  現(xiàn)在我們可以談到本節(jié)的題目上來了:光滑的還是凹凸不平的更滑。我們已經(jīng)知道,冰面給同一個(gè)重物壓著,受壓面積越小,壓強(qiáng)就越大。那么,一個(gè)溜冰的人站在平滑的冰面上,對支點(diǎn)所加的壓強(qiáng)大呢,還是站在凹凸不平的冰面上所加的壓強(qiáng)大?當(dāng)然在凹凸不平的情形壓強(qiáng)大:因?yàn)樵诓黄降谋嫔希恢С衷诒娴膸讉(gè)凸起點(diǎn)上。而冰面的壓強(qiáng)越大,冰的熔化也越快,因此,這冰也就顯得更滑了(這個(gè)解釋只對于刀刃比較闊的冰刀是適用的,對于刀刃鋒利的冰刀,因?yàn)樗鼤?huì)切割到冰的凸起部分里去,上面所說是不適用的——在這個(gè)情形,運(yùn)動(dòng)的能量要消耗到切割凸起部分上面去)。

  日常生活里有許多別的現(xiàn)象,也可以用冰在大壓強(qiáng)下面熔點(diǎn)減低的道理來解釋。兩塊冰迭起來用力擠壓,就會(huì)凍結(jié)成一塊,正可以用這個(gè)道理來說明。孩子們在捏雪球的時(shí)候,無意識(shí)地正是利用了這個(gè)特性,雪片在受到壓力的時(shí)候,減低了它的熔點(diǎn),因此有一部分熔化了,手一放開就又凍結(jié)起來。我們在滾雪球的時(shí)候,也是在運(yùn)用冰的這個(gè)特性:滾在雪上的雪球因?yàn)樗旧淼闹亓渴顾旅娴难⿻簳r(shí)的熔化,接著又凍結(jié)起來,粘上了更多的雪。現(xiàn)在你當(dāng)然也會(huì)明白為什么在極冷的日子,雪只能夠給捏成松松的雪團(tuán),而雪球也不容易滾大。人行道上的雪,經(jīng)過走路的人踐踏以后,也因?yàn)檫@個(gè)緣故,會(huì)逐漸凝成堅(jiān)實(shí)的冰,雪片凍成了一整層的冰塊。

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