11.20 冰为什么是滑的**在线视频

同学好

这一节我们讲 冰为什么是滑的

我们知道在冬天里面呢

滑雪啊 滑冰啊 这些优美的运动呢

都和摩擦力小有关系

那我们说 冰为什么是滑的呢

或者说它的摩擦力为什么是小的呢

你们想一想

假如说地面上有水的时候

我们就会提高警惕 为什么呢

因为我们知道 那个地方会滑

我们还有一个语言 叫作地面湿滑

只要表面有水的话 它就会滑 对不对

所以冰滑的原因 就是因为冰面上有水

那么在冬天里面 温度都低于零下的

所以水都结成冰了 哪来的水啊

那人们就猜想 会不会你在滑的过程中

不是有个摩擦生热么 那里面生成水了

但这个不大可靠啊

你想一想 滑冰的时候 一下就划过去了

而且摩擦力越小 这个生的热就越小 对吧

所以这个原因好像不大可能

那么比较流行的这个原因

大家都是这样说

因为压强增大的时候 熔点下降

熔点下降了 那么冰就融化了

所以上面就有水了

那么这个原因 实际上就是我们

刚刚前面讲的 跟克拉伯龙方程有关

对水来说 在p-T相图上

我们知道 固液这个平衡曲线

它的斜率是负的

为什么呢

因为根据克拉伯龙方程

我们计算的时候 你会发现

水跟其它物体 是不太一样的

因为 水的体积比冰的体积要小

通常的物体 固态体积要比液态体积小的

所以对水来说

它就会有一个反常的固液平衡曲线

它的斜率是负的

也就是说 当压强增大的时候

它的熔点是下降的

你比如说 本来冰点是0℃

现在增加了压强 它的熔点变成什么呢

变成了零下几度

那他们就想 这熔点下降了

那下降到 比这个气温还要低的时候

那上面不就出现水了吗

但是呢 这个结果

其实很容易利用克拉伯龙方程检验一下

算一下

比如说 标准状态下

可以把这个式子计算出来

因为我们知道 熔解热

我们知道 水的摩尔体积

冰的摩尔体积

你把这些数值代进去

在标准状态下 这个值是等于-0.074k每兆帕

这是一个很小的量

注意 这个式子和这个式子 它是颠倒过来的

我们拿这个式子 可以做一个简单的估算

假如有一个100公斤的人穿上冰鞋

它这个冰刀面积很小

假如说 刀的宽度是1毫米 长度是30厘米

你可以简单估算 冰刀压在冰面上的面积

然后 这个重力也可以算出来

那么 给予这个冰面的压强也可以算出来

这个压强很大

把这个很大的压强 乘上这个数

你就可以估算出来 这个冰点其实下降很小

也就是下降到零下0.23℃

也就说 如果这个温度刚好是在-0.1℃的时候

那么 这个人压在上面的话

由于压力的原因 熔点下降 低于当时的气温

那么那个地方 冰就融化了

可是我们知道

在冬天 即使是-10℃ 即使是-20℃

这冰仍然是滑的

这一点熔点的下降 根本不会起任何作用

可是100多年来 全世界多数的教材

包括中学的 还有大学的

都是用熔点下降 来解释冰面上有水这个现象

也就是 用它来解释冰为什么是滑的

很显然这是不对的

那么正确的解释应该是什么呢

其实正确的解释 很早的时候

法拉第就给出来了

他早就发现 在零度以下 冰面上就有一层水

他怎么发现的呢

你在冬天可以试一试

拿两块冰 把它们放在一起

等一会 这两块冰就粘在一起了

为什么呢

因为冰面上本身有水

你放在一起的时候

那层水又冻结了 把两块冰粘接在一起了

就是这么一个简单的道理

可是呢 很多人都忽略了法拉第的这个解释

那么现在 我们有比较好的仪器

我们可以直接测量

冰面上这一层薄水是不是存在

测量结果是什么呢

发现这一薄层水 它是随着温度的下降

会逐渐消失的

也就是说 在零下的时候 它有一薄层水

可是到了零下100度

那个时候 那一薄层水就消失了

这个薄层水这个厚度是多少呢

大概几十纳米左右

正因为这几十纳米水层的存在

冰才是滑的

Physics Today有一篇文章 对这个现象

做了比较详细的论述

感兴趣的同学可以自己查看

好 这节内容 我们就讲到这儿

那么这学期的课程 就结束了

下学期再见