奇妙的高压化冰

华兴恒

要想使冰熔化，除了提高环境的温度，还有其他的办法吗？我们知道，冰是晶体，它的熔点是0℃。但你知道吗。其实晶体的熔点会受压强的影响。实验表明。压强每增大1标准大气压，冰的熔点约降低0.0075℃.下面就请同学们领略一下生活中那些有关高压熔化冰的现象。

切不开的冰块

首先请同学们和我一同做一个实验：取一冰塊，把它放在支架上，用一根细钢丝横跨在冰块上，在钢丝的下端挂一个1 kg左右的重物，如图1.耐心地观察，你会看到一个非常有趣的现象：随着时间的推移，钢丝会逐渐嵌入冰块中，并缓慢地向下移动。最后钢丝将从冰块下面穿出。奇妙的是，整个冰块并未被切割成两块，冰块中钢丝经过的地方完好如初。

这是因为钢丝下吊有重物，使得钢丝下面的冰所受的压强增大，此处冰的熔点降低，会缓慢地熔化成水，因此钢丝会缓慢地向下移动。当钢丝下移后，原来钢丝经过的地方压强减小，冰的凝固点升高恢复原状，同时钢丝下面被压的冰压强增大，熔点降低。钢丝下面的冰熔化要从周围吸收热量，使得钢丝上部的水重新凝固成冰。就这样，冰块在不断被切割的同时，“伤口”不断愈合，最终当钢丝从冰块的下端穿出时，整块冰又重新凝固成了一块，就好像切不开一样。

越滚越大的雪球

冬天，当地面覆盖了一层厚厚的雪，我们将一个小雪团在地上反复滚动，小雪团就会变成雪球越滚越大（如图2）。有些人解释说。雪球是依靠黏附力的作用，在滚动过程中把地上的雪粘在一起形成的。实际情况并不完全如此，雪与雪之间并没有多大的黏附作用。那么雪球越滚越大的主要原因到底是什么呢？

小雪团变成大雪球的原因也是由于压强变大降低了冰的熔点。雪是由水蒸气凝华而成的晶体，其本质也就是冰。雪球在滚动的过程中，和地面接触的部分被压紧，雪的熔点因此而下降，熔化成水。随着雪团的滚动，原来和地面接触的部分脱离地面，由于水对雪的黏附作用非常大，此时地上的雪被黏附在雪球上，而刚刚熔化成的水由于压力减小又结成冰，使得附着的雪牢牢冻结在雪球上，这样一来，雪球的体积就变大了。就这样，随着雪球不断地在雪地上滚动，雪球下的雪被压熔化，减压后又会结成冰，与雪球结合在一起。因此，与雪球接触的雪片不断地进行着“熔化、附着、结冰”的过程，巨大的雪球就渐渐形成了。

能在冰上滑行的冰刀

普通人在冰上行走非常吃力，但溜冰运动员却能在冰上疾行。这一切全靠运动员所穿的带有冰刀的冰鞋。冰刀与冰面的接触面积很小，因而它对冰面的压强很大，从而使与冰刀接触的冰的熔点降低，此处的冰在0℃以下也可以熔化成水，这样就在冰刀的下方形成了一层水，相当于在冰刀前进的道路上抹了一层润滑剂，起到润滑的作用，使得冰刀与冰之间的摩擦力大大减小，因而溜冰运动员可以在冰面上快速地滑行。

冰刀在冰上滑行时还起到了调整方向的作用。在日常生活中，人之所以能够前进，是因为人对地面施加了一个作用力，同时，人受到地面对人施加的反作用力，这个力就是人前进的动力。如果没有这个力的作用，人就寸步难行。而人在运动起来之后，就要尽量减小前进过程中受到的阻力，同时还要靠调整姿态或与地面的摩擦力来调整运动的方向。例如，跳水运动员靠调整姿态和重心来改变运动方向，飞机靠调整尾翼和两侧机翼的倾角来改变运动方向。

运动员滑冰时要用冰刀蹬冰，要蹬冰就只有用冰刀的刃去“啃”冰。刀刃必须很薄、很锋利，这样对冰面的压强就大，才可以获得较大的力，不过要注意的是，滑冰时重心必须放在前进的脚上，只有这样另一只脚才可以做各种动作，因此在重心所在的那只脚上，冰刀必须与前进的方向一致，这样冰刀与冰面几乎是没有摩擦力的，运动员可以很巧妙地掌握冰刀与冰面接触的位置，要蹬冰或转弯时，尽量利用锋利的刀刃，而滑行时则尽量避免“啃”冰。

还有一个比较有趣的现象，冰刀在冰块上划过之后，总会留下一道白色的痕迹，这是冰刀刻出来的。滑冰很微妙，没有刻痕不行，刻痕太重了也不行，做各种不同的动作留下的刻痕也不同。运动员前进时，没有刻痕就不能控制方向。

速滑、花样滑冰和冰球运动对动作的要求不同，这几项运动用到冰刀的形状不同，刀刃的形状也不同。速滑要尽量减小摩擦以保证速度，因而冰刀很长，只有在转弯时利用刀刃吃冰，刀刃形如桌子的棱角，是90°（如图3）。打冰球时要频繁灵活地调整动作，如起动、停止、左躲右闪、转动腾挪，用到的冰刀就要短一些，刀刃要锋利一些，槽要深一些（如图4）。花样滑冰运动员离不开旋转翻飞，动作要求轻灵、变化多，而不要求直线运动速度，因此冰刀长度要短些，刀槽要深，刀刃要锋利。为了适应花样滑冰的急转急停，除了锋利的刀刃，还要在冰刀的前端加一排锯齿（如图5），以便更好地控制动作。

责任编辑 林洋