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《原来如此》冰面摩擦力预告(3月11日)

CCTV节目官网-CCTV-10 原来如此 来源:央视网2018年03月08日 11:04 A-A+

1、冰为什么这么滑?

冰是地球上摩擦力最小的物质。冰之所以会有很小的摩擦力,是因为鞋与冰之间有一层水,水能起到润滑的作用,因此,滑冰运动员就可以穿着冰鞋在冰上自由滑动。

2、冰刀是如何在冰面上产生水膜,从而减小冰面摩擦力的呢?

水变成冰的凝固点是0摄氏度,由于冰具有一种独特的物理性质:压力降低凝固点,所以,改变冰点的其中一个方法就是增大压强。

冰鞋上的冰刀的刃口很窄,普通冰刀的刀刃只有2mm宽,花样冰刀的刀刃也不过4mm宽,刀的前面呈弯月形,中央凹进一些。因此,冰刀与冰面的接触面积非常小。

人对地面的压力是一定的,穿上冰鞋,冰面的受力面积减小了,它受到的压强会大大地增大,一个质量为50kg的人穿上冰鞋,他对冰面的压强高达十个左右标准大气压。这有什么好处呢?冰的融化有一个特点:当它受到的压强增大时,凝固点将会降低。这样使零度以下的冰在冰刀的作用下融化成水。冰刀下面薄薄的一层水可以起到润滑作用,它减小了冰刀与冰面之间的摩擦,使人们能在冰面上飞跑,或者表演许多优美的运动。

3、节目中的实验演示压力降低凝固点现象:

 

 在冬天取一块厚些的冰,架空,用细铁丝绕过冰块下挂重物,过一段时间会看到细铁丝穿过冰块而不留下切口。这是因为,实验中冰与铁丝的接触面很小,加挂重物后可得到很大压强,接触处的冰因凝固点降低而融化。融化的水跑到铁丝上面,又结成冰。结冰放出的热量又供给铁丝继续融化下面的冰。如此下去铁丝穿过冰块下落,而冰块依然完整。 

自然界中冰河的形成也是这样。高山上积雪较厚,时间长了,随着积雪的增加,雪底部的压强增大,冰的凝固点降低,因此底部的雪熔化。融化成的水由积雪中的缝隙上升,升到压强稍小处,又冻结为冰。这样反复若干次形成庞大的冰块,冰块底部同样也是压强大熔点低,冰又融化为水,使冰块沿山坡徐徐下滑,形成冰河。

4、冰壶比赛中,运动员擦冰可以起到什么效果?

在冰壶比赛中,冰壶掷出后,己方的刷冰员可在石球通过标的区的圆心线之前进行刷冰;之后,则对方主将有权进行刷冰,又称擦冰,以使球离开圆心。

而在冰壶运动中,用冰刷擦拭冰面使冰面温度升高,造成冰面熔化,在冰场表面形成一层水膜,减小摩擦力。所以,擦冰的两个作用:一为让冰壶滑行的更远,二为微调冰壶的前行轨迹。

科学松鼠会在2010年时就在其网站刊登过《冬奥会中的科学——冰壶球》一文,解释了冰球运动擦冰的原因主要在于控制冰壶前进时的弯曲程度,原文段落如下:

“在干燥表面上,球体运动时前方受到的摩擦力比后方要大,且其旋转方向和滑行方向是不同的。而在液态的冰面上则正相反,因为液态层减少了前方的摩擦,球体滑行和旋转的方向是相同的。队员擦冰时,两名运动员用刷子擦冰壶前面的冰面,使得液态膜变得更光滑来控制冰壶前进时的弯曲程度(花岗石球能向两边偏转多少)以及滑行距离”。

5、由于冰面摩擦力较小,所以当驾驶员在冰雪路面行车时,会发生诸多安全隐患?那么,如何才能增大冰面摩擦力呢?

(1)冰雪路面摩擦力减小,可以更换冬季轮胎,冬季轮胎相对于普通轮胎花纹更深、材质更软。在雪量小的时候,普通轮胎因花纹较浅,容易被积雪填满而失去抓地力,这时冬季轮胎的抓地效果就要好很多。但是,如果长时间在松软的雪路上行驶,或是雪量增大,积雪嵌入轮胎花纹被压实或者冻住。此时的冬季胎不但起不到增大摩擦力的作用,反而会因为轮胎表面变得光滑,抓地能力降低,给行车带来隐患。所以,就算使用雪地轮胎行驶一段时间,要停车检查轮胎状况,也是十分必要的。

(2)钉胎也可以增大冰面摩擦力,演示钉胎,里面有一层胶防止爆胎,外面装上钉子提升抓地力,装上带钉胎之后从车子不仅不会在雪地上打滑,而且也不会让车辆深陷雪地中无法自拔。但是在这里我们也要提醒您,不论是普通的雪地轮胎还是钉胎,都只适用于容易打滑的冰雪路面,如果在其他地方使用,反而会带来危险。

(3)那如果我们没有具备这些雪地装备的条件呢?一定要记住减速慢行,唯有集中注意力、减速慢行,才能以不变应万变。才能帮助你掌控冰面摩擦力,确保冬季安全出行。

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