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本着从易到难的原则 , 第一期我选的主题最简单——“冰刀与熔点” 。
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冰刀是冰上运动的核心装备之一 , 速度滑冰、花样滑冰、冰球运动都离不开冰刀 。 了解滑冰的人都知道 , 冰刀的刀刃是比较锋利的 , 甚至说是比较危险的 。
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我举一个例子 , 2010温哥华冬奥会女子3000米接力赛 , 中国代表队勇夺金牌 , 在队员们忘情庆祝 , 与教练拥抱过程中 , 王濛无意间给队友破了相 , 队友张会的脸被割伤 , 事后缝了十针 。
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你去网上搜一下“冰刀划伤”就会发现 , 冰刀伤人的案例在赛场上 , 甚至是训练场上时常发生 。
那么问题来了 , 既然危险 , 为什么要把冰刀做的这么锋利呢?
简单来说 , 冰刀设计的很薄 , 首先是为了蹬冰启动、加速时的抓地力 。 毕竟刀刃是嵌入冰里的 , 蹬冰时可以提供一个垂直于冰刀的反作用力 。
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除此之外 , 最常见的解释是:增大与冰面的压强从而降低冰的熔点 , 使得接触点的冰熔化成水膜从而减小摩擦 。
知识点1. 干摩擦与湿摩擦
干摩擦是发生在固体与固体之间的摩擦 , 湿摩擦是发生在固体与液体或气体之间的摩擦 , 相同压力下 , 后者的摩擦系数比前者小很多 。
比如 , 为了减小机械之间的摩擦 , 工业上通常会加润滑油 , 这就是利用湿摩擦较小的特点 。 再比如 , 刚被湿拖把清扫过的地面非常的滑 , 也是因为了类似的原理 。
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冰的表面 , 比大多数的物体表面都要光滑(据说表层有一层很薄的水膜) , 但是对于滑冰而言还不够 , 如果能在冰的表面撒一层水 , 其摩擦系数会进一步减小 。
但现在存在一个问题 , 如果真的在低温冰面上洒水 , 水也会很快凝固 。 那怎么办呢?总不能在冰面上洒润滑油吧?
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这时候就需要第二个知识点帮你解答 。
知识点2. 冰的熔点与压强
对于冰这种晶体来讲 , 熔化时体积是变小的 , 在压强比较大的时候 , 水更倾向变为体积更小的液态 , 换句话说其熔点会降低 。 这一点 , 可以从水的三相图中得到答案 。
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冰刀之所以做的锋利 , 是为了通过减小受力面积从而增大与冰面的压强 , 如此原来接触点部分的冰会迅速熔化 , 从而起到润滑作用 。 划过的冰面 , 因为压强的消失熔点回升 , 熔化后的水又迅速结冰了 , 这就是复冰现象 。
在初中物理课中 , 老师可能会演示一个叫做“绳子穿冰块”的物理实验 。
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