科学家给出了冰面滑溜溜的现象终极解释

2018-11-06 12:49:43 来源: 作者: 点击:

冬季运动,如滑雪、速滑、花样滑冰和冰壶,都需要冰和雪光滑的表面。虽然人们普遍认为冰的表面是光滑的,但事实并非如此。

1886年,爱尔兰物理学家约翰·乔利(John Joly)提出了第一个关于冰上低摩擦力的科学解释, 他认为当一个物体接触到冰面时,由于接触压力会使冰的表面融化,从而形成一个液体水层。

目前的共识是, 尽管冰表面的液态水确实减少了冰面上的滑动摩擦,但这种液态水并不是由于接触压力融化的,而是在滑动过程中产生的摩擦热造成的。

由阿姆斯特丹大学的丹尼尔波恩教授和MPI-P的米查波恩教授领导的研究小组现在已经证明,冰面上的摩擦力产生的原因要比目前假设的要复杂得多。

为了研究这种温度依赖性滑移的起源,研究人员对冰表面的水分子进行了光谱测量,并与分子动力学(MD)模拟进行了比较。实验和理论的结合揭示了冰表面存在两种类型的水分子:附着在底层冰上的水分子(由三个氢键束缚)和流动水分子(只受两个氢键的束缚)。

随着温度的升高,两种表面分子相互转化,在冰面上最上层的水分子的移动,完全符合测量摩擦力的温度,水分子表面的流动性越大,摩擦越低,反之亦然。因此,研究人员得出结论, 是因为冰表面水分子的高流动性而不是冰面上液态水薄层,导致了冰的滑溜。

科学家给出了冰面滑溜溜的现象终极解释

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