不要阻止我,我要在冰面上“飙车”(2)

2023-04-26 来源:飞速影视
我们知道水可以大致分为三种状态:固态冰、液态水、水蒸气。水的状态和压力、温度紧密相关。
下图是水在不同压力和温度下的状态:

不要阻止我,我要在冰面上“飙车”


不同温度和压力下水的状态(图片来源:参考文献1)
图中的黑色实线是不同状态的分界线,最上方的区域是液态水,左下方“Ih”是我们生活中常见的冰。虚线是分界线在0℃的切线。
我们可以发现,冰的熔点随着压力的升高而降低。
当我们对冰面施加一定的压力时,冰可以在0℃以下融化,形成冰泥浆(冰水混合物),进而降低冰面上的摩擦。
所以我们在冰面上只要用力,即使光脚蹬地也能“超速“?那当然……是不可能的。
通常赛场的冰面温度是-4℃左右,让冰在这个温度下融化需要很大的压强,所以我们下面我们要谈谈冰刀的特殊之处。
冰刀和冰接触了,但也没有完全接触
虽然不同运动中冰刀的形状有所不同,但它们的共同特点是,在滑行过程中都依靠锋利刀刃和冰面接触。
而这,降低了冰刀和和冰面的接触面积,使得冰面和刀刃接触的面积上承受很大的压强。
另外,冰面和刀刃表面具有一定的粗糙度。因此,冰和刀刃实际接触可以视为一系列点接触。

不要阻止我,我要在冰面上“飙车”


微观尺度上刀刃和冰面接触示意图(图片来源:作者自制)
所以冰和刀刃的实际接触面积比表观面积更小,运动员在滑行过程中冰面承受的压强很大,据估计可以达到10兆帕量级,相当于100个标准大气压。此时,冰的熔点为低于0℃。
下图是使用红外摄像机拍摄的冰刀划过冰面后,冰面上的温度分布:
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