奇妙的高壓化冰

華興恒

要想使冰熔化，除了提高環(huán)境的溫度，還有其他的辦法嗎？我們知道，冰是晶體，它的熔點是0℃。但你知道嗎。其實晶體的熔點會受壓強的影響。實驗表明。壓強每增大1標準大氣壓，冰的熔點約降低0.0075℃.下面就請同學們領(lǐng)略一下生活中那些有關(guān)高壓熔化冰的現(xiàn)象。

切不開的冰塊

首先請同學們和我一同做一個實驗：取一冰塊，把它放在支架上，用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，如圖1.耐心地觀察，你會看到一個非常有趣的現(xiàn)象：隨著時間的推移，鋼絲會逐漸嵌入冰塊中，并緩慢地向下移動。最后鋼絲將從冰塊下面穿出。奇妙的是，整個冰塊并未被切割成兩塊，冰塊中鋼絲經(jīng)過的地方完好如初。

這是因為鋼絲下吊有重物，使得鋼絲下面的冰所受的壓強增大，此處冰的熔點降低，會緩慢地熔化成水，因此鋼絲會緩慢地向下移動。當鋼絲下移后，原來鋼絲經(jīng)過的地方壓強減小，冰的凝固點升高恢復原狀，同時鋼絲下面被壓的冰壓強增大，熔點降低。鋼絲下面的冰熔化要從周圍吸收熱量，使得鋼絲上部的水重新凝固成冰。就這樣，冰塊在不斷被切割的同時，“傷口”不斷愈合，最終當鋼絲從冰塊的下端穿出時，整塊冰又重新凝固成了一塊，就好像切不開一樣。

越滾越大的雪球

冬天，當?shù)孛娓采w了一層厚厚的雪，我們將一個小雪團在地上反復滾動，小雪團就會變成雪球越滾越大（如圖2）。有些人解釋說。雪球是依靠黏附力的作用，在滾動過程中把地上的雪粘在一起形成的。實際情況并不完全如此，雪與雪之間并沒有多大的黏附作用。那么雪球越滾越大的主要原因到底是什么呢？

小雪團變成大雪球的原因也是由于壓強變大降低了冰的熔點。雪是由水蒸氣凝華而成的晶體，其本質(zhì)也就是冰。雪球在滾動的過程中，和地面接觸的部分被壓緊，雪的熔點因此而下降，熔化成水。隨著雪團的滾動，原來和地面接觸的部分脫離地面，由于水對雪的黏附作用非常大，此時地上的雪被黏附在雪球上，而剛剛?cè)刍傻乃捎趬毫p小又結(jié)成冰，使得附著的雪牢牢凍結(jié)在雪球上，這樣一來，雪球的體積就變大了。就這樣，隨著雪球不斷地在雪地上滾動，雪球下的雪被壓熔化，減壓后又會結(jié)成冰，與雪球結(jié)合在一起。因此，與雪球接觸的雪片不斷地進行著“熔化、附著、結(jié)冰”的過程，巨大的雪球就漸漸形成了。

能在冰上滑行的冰刀

普通人在冰上行走非常吃力，但溜冰運動員卻能在冰上疾行。這一切全靠運動員所穿的帶有冰刀的冰鞋。冰刀與冰面的接觸面積很小，因而它對冰面的壓強很大，從而使與冰刀接觸的冰的熔點降低，此處的冰在0℃以下也可以熔化成水，這樣就在冰刀的下方形成了一層水，相當于在冰刀前進的道路上抹了一層潤滑劑，起到潤滑的作用，使得冰刀與冰之間的摩擦力大大減小，因而溜冰運動員可以在冰面上快速地滑行。

冰刀在冰上滑行時還起到了調(diào)整方向的作用。在日常生活中，人之所以能夠前進，是因為人對地面施加了一個作用力，同時，人受到地面對人施加的反作用力，這個力就是人前進的動力。如果沒有這個力的作用，人就寸步難行。而人在運動起來之后，就要盡量減小前進過程中受到的阻力，同時還要靠調(diào)整姿態(tài)或與地面的摩擦力來調(diào)整運動的方向。例如，跳水運動員靠調(diào)整姿態(tài)和重心來改變運動方向，飛機靠調(diào)整尾翼和兩側(cè)機翼的傾角來改變運動方向。

運動員滑冰時要用冰刀蹬冰，要蹬冰就只有用冰刀的刃去“啃”冰。刀刃必須很薄、很鋒利，這樣對冰面的壓強就大，才可以獲得較大的力，不過要注意的是，滑冰時重心必須放在前進的腳上，只有這樣另一只腳才可以做各種動作，因此在重心所在的那只腳上，冰刀必須與前進的方向一致，這樣冰刀與冰面幾乎是沒有摩擦力的，運動員可以很巧妙地掌握冰刀與冰面接觸的位置，要蹬冰或轉(zhuǎn)彎時，盡量利用鋒利的刀刃，而滑行時則盡量避免“啃”冰。

還有一個比較有趣的現(xiàn)象，冰刀在冰塊上劃過之后，總會留下一道白色的痕跡，這是冰刀刻出來的。滑冰很微妙，沒有刻痕不行，刻痕太重了也不行，做各種不同的動作留下的刻痕也不同。運動員前進時，沒有刻痕就不能控制方向。

速滑、花樣滑冰和冰球運動對動作的要求不同，這幾項運動用到冰刀的形狀不同，刀刃的形狀也不同。速滑要盡量減小摩擦以保證速度，因而冰刀很長，只有在轉(zhuǎn)彎時利用刀刃吃冰，刀刃形如桌子的棱角，是90°（如圖3）。打冰球時要頻繁靈活地調(diào)整動作，如起動、停止、左躲右閃、轉(zhuǎn)動騰挪，用到的冰刀就要短一些，刀刃要鋒利一些，槽要深一些（如圖4）?；踊\動員離不開旋轉(zhuǎn)翻飛，動作要求輕靈、變化多，而不要求直線運動速度，因此冰刀長度要短些，刀槽要深，刀刃要鋒利。為了適應花樣滑冰的急轉(zhuǎn)急停，除了鋒利的刀刃，還要在冰刀的前端加一排鋸齒（如圖5），以便更好地控制動作。

責任編輯 林洋