冰刀周围的水是如何产生的
滑冰运动员在冰面上滑行时，冰刀两侧及其下面确实会有那么一点水，这些起到润滑作用的水到底是怎样产生的，又是如何存在的呢？
大家都知道，在1 个标准大气压下，冰的熔点是0 ℃；当外界压强减小时，冰的熔点会随之升高；当外界压强增大时，冰的熔点也会随之降低。根据这一理论解释上述问题，就有了下面的答案。
为减小冰面对溜冰鞋的摩擦阻力，提高运动员的滑行速度及灵活性，溜冰运动员通常要穿带有冰刀的鞋子，并且鞋上的冰刀刃口很窄，普通冰刀的刀刃只有2 毫米宽，花样冰刀的刀刃也不过4 毫米宽，因此冰刀与冰面的接触面积很小。由于运动员对冰面的压力是一定的，这个压力的大小就等于运动员的体重。当运动员穿上冰鞋时，由于冰面的受力面积较小，因而冰面受到的压强会大大增加，迫使冰刀下面的冰的熔点下降，从而使得这部分冰融化，于是在冰刀周围就会有一层薄薄的水。正是由于这层薄薄的水起到了润滑作用，大大减小了冰刀与冰面之间的摩擦力，使得运动员在冰面上前进的摩擦阻力相对减小，所以，运动员可以在冰面上健步如飞，同时还能随心所欲地表演各种优美的动作。
当冰刀滑过之后，冰面上附加的压强随之消失，因此，只要外界温度在0 ℃以下，原本融化成的水马上又会结冰。更为奇妙的是，冰刀滑过之处还不会在冰面上留下划痕。
对于这一解释还可以用模拟实验予以说明。当环境温度不高于0 ℃时（保证冰不会因为周围环境温度而融化），在桌面上放置一块冰，将两端挂有重物的细铁丝搭在冰块上，大家会看到这样一个奇特的现象：细铁丝下面的冰，由于受到的压强较大而逐渐融化，从而使得铁丝在冰块中不断向下移动。而细铁丝刚刚经过的上方的水，又会因压强减小的缘故而结冰，最终，细铁丝会从整个冰块中间穿过，而冰块完好如初。
上述解释看似完美无缺，可实际的计算结果表明，当一个质量为70千克的人穿着冰鞋站在冰面上时，只能对冰面产生3.5 ×105帕的压强，这样的压强对冰的熔点的影响不算很大，只能使冰的熔点下降约0.1℃。因此，该解释不能令人完全信服。
特殊的冰面润滑剂
之后，人们提出了一种新的理论。科学家通过实验研究发现，冰上有水。具体来说，就是冰的表面原本非常平滑，并且当冰面温度在-22 ℃以上时，其表面始终会有一层薄薄的永远不会凝固的水。
早在1850 年，英国著名物理学家迈克尔·法拉第就曾简单地提出过这一理论。1996 年，美国科学家通过实验证明了该理论。劳伦斯伯克利国家实验室的化学家萨姆和物理学家胡佛，利用电子束轰击冰面，同时使用仪器记录从冰面弹回的电子的运动方向和速度。出乎意料的是，电子撞击到冰面后弹回的轨道似乎是变化不定的，沿多个方向散乱地反弹开来。这说明看起来平滑的冰面并不是完全平整的。
萨姆认为，从实验结果看，冰面之所以较滑，只可能是由于冰面最上层并没有真正冷凝，而是有薄薄一层水。这层水起着永久性润滑剂的作用。当冰刀等物体压到冰面时，水分子就会被压到冰面的细微缝隙处，从而使冰的表面非常平滑。这样一来，冰面的摩擦力就会变得更小，所以冰面上的冰刀也就会更滑了。
两位科学家还发现，当冰面温度降到-22℃以下时，其表面的平滑性会大幅降低。这是因为在如此低的温度条件下，具有润滑功能的薄水层几乎消失殆尽，冰面的平滑性也随之显著降低，与其他固体基本没什么两样。
本文节选自《百科知识》2022.2B
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