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一个棘手的主题

探索冰为什么会滑,以及薄薄的水膜如何通过形成光滑的滑动表面来帮助运动。

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为什么冰会滑?这似乎是一个科学家们已经令人满意地解答了多年的问题:例如,滑冰刀或鞋底的压力会融化冰的最顶层,为刀或鞋提供一个可以滑过的湿润表面。当压力消失后,液态表面会再次冻结。这种解释很有道理,以至于最近没有人费心仔细地检验它。现在,一些研究人员终于进行了检验,他们发现旧的解释并不完全正确。

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加州大学伯克利分校的化学家加博尔·索莫尔贾伊 (Gabor Somorjai) 和物理学家米歇尔·范霍夫 (Michel Van Hove) 认为他们现在理解了冰的滑爽程度,这要从原子层面来解释。他们用电子束轰击了一层薄冰。探测器记录了从冰面反射的电子的角度和速度。令研究人员惊讶的是,电子并没有遵循像物体从固体表面弹跳那样简单的轨迹。相反,它们似乎撞击到一个不断变化的表面,该表面将它们散射开来。

索莫尔贾伊说,解释这种结果的唯一方法是假设冰的最上层实际上并没有完全冻结,而是由一层薄薄的水膜组成,它充当永久润滑剂。当有东西压在冰上时,比如鞋子,索莫尔贾伊解释说,水分子会压实到下方的间隙中,形成一个光滑、齐平的表面,这意味着你可以更容易地滑过它。

研究人员还发现,当温度降至大约 -22 摄氏度以下时,冰的滑爽程度会急剧降低。他们认为,在该温度下,表现得像液体一样的分子层数减少,从而降低了滑爽程度,使冰变得像任何其他固体一样。

范霍夫怀疑冰比其他固体更滑,因为保持水分子结合的化学键比其他固体结合的键弱得多。范霍夫说,冰面表现得好像在沸腾,相邻分子之间的弱键使其不稳定。总有东西脱落又重新附着,从某种意义上说,蒸发和凝结一直在发生。

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