滑冰滚雪球 科学揭奥秘

华兴恒

又是一年冬来到，你是不是又在期待窗外的漫天雪花和千姿百态的冰雪美景？可你是否注意过这些问题，雪球为什么会越滚越大？滑冰为什么要穿上装有冰刀的冰鞋？当你有机会玩雪、滑冰、欣赏雪景的时候，可别忘了想想它们背后的科学知识哦！

先玩一个割冰块的魔术

大家在学习热学知识的过程中，经常会听到这样的说法，“冰的熔点是0℃”。其实这个结论是有条件的，即只有在一个标准大气压下，冰的熔点才是0℃。由此可知，晶体熔点的高低会受到压强的影响。若晶体熔化时体积膨胀，则它的熔点就随着压强的增大而升高;反之，若晶体熔化时体积缩小，则它的熔点就随着压强的增大而降低。因此，如果压强改变了，那么冰的熔点也就会随之改变。因为冰在融化的过程中，其体积是减小的，因此当压强大于一个标准大气压时，冰的熔点就低于0℃;当压强小于一个标准大气压时，冰的熔点就高于0℃。冰的熔点随压强增大而降低，可通过下面的一个比较有趣的实验显示出来。

取一块形状近似为长方体的冰块，把它放在支架上，将一根细钢丝横跨在冰块上，在钢丝的下端分别挂上重物，然后我们耐心仔细地观察，会看到一个非常奇妙的现象：钢丝会逐渐嵌入冰块之中，并且缓慢地向下移动，最后钢丝会从冰块下面脱出，而冰块并未被切割成两块，并且钢丝经过的地方完好如初。

冰块为什么会“割”而不断呢？原来这都是压强玩的“小把戏”。由于钢丝下面吊有重物，使得钢丝下的冰受到的压强明显地增大了，并且远远大于大气压，这就使得此处冰的熔点降低，从而缓慢地融化成水，因此钢丝也就会缓慢地向下移动。在钢丝下移的过程中，它上面缝隙里的水又处于大气压下，其凝固点是0℃，同时钢丝下面被压的冰融化时要从周围吸收热量，钢丝上面的这部分水放出热量，温度就会降低到0℃以下，因而又会重新冻结，就使得被钢丝切开的冰又连接在一起。就这样冰块虽然被慢慢地“切割”下去，但是通过融化、结冰这样反复不断的过程，冰块还是会完好如初。

大量的实验事实证明：压强每增大一个标准大气压，冰的熔点约降低0.0075℃。用这个实验结论，可以解释以下日常生活中常见的两个比较有趣的实际问题。

雪球为什么越滚越大？

大家都知道，冰雪的熔点只有在一个标准大气压下才是0℃，如果压强增大，它的熔点就会降低。当我们把疏松的雪压紧时，这样就加大了雪片之间的压力，雪的熔点会因此而下降。在0℃以下时，雪照样可以融化成水，附着在雪团的下面。当雪团滚动后，附着在雪团下面的水，因雪团的翻转到了侧面，从而使得其所受的压力减小，随着压力的减小，这些水便会迅速地结成冰，从而使雪球变大。随着雪球不断地在雪地上滚动，雪团下的雪被压融化，减压后又会结冰，与雪球结合在一起。就这样，随着雪球的不断滚动，与雪球接触的雪片不断地重复着“融化、附着、结冰”这样的变化过程，因此雪球也就會越滚越大了。

滑冰运动员为何能快速滑行？

大家都知道，滑冰运动员的冰鞋上都装有冰刀，仅从表面上看是为了减小受力面积，其实更深层的作用，则是为了提高滑行的速度。同学们，你知道其中的奥秘吗？下面我们就一起来揭开这层神秘的“面纱”吧！

滑冰运动员穿的冰鞋上都带有冰刀，刀与冰面之间有一定的摩擦。由于冰刀与冰面之间的接触面积很小，因而它对冰面的压强就会显著地增大，从而使接触处冰的熔点降低，此处的冰在0℃以下照样可以融化成水，这样就在冰刀的周围形成了一层薄薄的水。这就相当于在冰刀前进的道路上涂抹了一层润滑剂，使得冰刀与冰之间的摩擦力极大地减小了，所以滑冰运动员可以在冰面上急速如飞了。

冰鞋上的冰刀有大讲究

下面我们对冰刀再做进一步的探讨。在滑冰、滑雪、步行的过程中，我们之所以能够前进，都必须对地面施加一个作用力，利用地面对我们的反作用力，来为我们前进提供动力，至少是起动的力。而当我们运动起来之后，就要尽量减少前进过程中所受到的阻力，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。

滑冰时，运动员要用冰刀蹬冰，要蹬冰就只有用冰刀的刃用力地去“啃”冰，因此刀刃必须要做得很薄、很锋利，这样对冰面的压强就可以增大到很大，只有这样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，比如蹬冰前进、调整方向和做各种优雅美妙的动作。因此重心所在的那只脚上，冰刀必须与前进的方向一致。熟练的运动员可以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“啃”冰，而滑行时则尽量避免更多地“啃”冰，以减小摩擦阻力，从而能够快速前进。

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。滑冰的过程很微妙，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。显然运动员前进时，没有刻痕就不能控制方向。

速滑、花样滑冰及打冰球对动作的要求也是各不相同的，因此冰刀的形状也就各异，刀刃的形状也干差万别。速滑要尽量减小摩擦以保证更快的速度，因而冰刀都比较长，只有在转弯时利用刀刃“啃”冰，刀刃形如桌子的棱角，是900的。而打冰球时要频繁起动、停止、左躲右闪、转动腾挪，冰刀就要短一些，刀刃要锋利一些，槽要深一些。花样滑冰运动员离不开旋转翻飞和翩翩的舞姿，动作要求是幅度要小、速度要快、动作要灵活、变化要多样，而不要求直线运动速度，因此冰刀要短，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齿，以便更好、更有效地控制动作，使得动作更加优美、流畅、挥洒自如，从而提高观赏性。