科學不一樣:探討溜冰的奧秘 | 全國運動場館資訊
然而,這樣的話,為什麼在很多人溜過後,溜冰場的冰沒有全部都融化成水呢?這是因為當冰刀劃過之後,壓力會隨著冰刀的離開而在原本加壓的地方降低,而此時的凝固點又會 ...
Chih-yu Lee 李致宇
溜冰,一個常見於各大商場的休閒運動,相信很多讀者皆有溜冰的經驗吧?那麼,請問你們有曾經想過,為什麼穿著冰刀的我們可以輕鬆地在冰上滑行嗎?它背後的機制與原理究竟是什麼呢?就讓我來帶大家解密!
一般認為,這是一個我們在中學時可能會學到,「熱力學」中的「固、液相平衡」(solid-liquid phase equilibrium)的相關問題1。說明如下:如附圖一,我們可以藉由三相圖清楚看到水的凝固點(亦即熔點;見圖中紅線)隨壓力增大而降低,而溜冰時,因為冰刀與冰面的接觸面積十分小,而人體的重量便會集中落在冰與冰刀的接觸面上,相當於在冰面上施予很大的壓力(大於標準大氣壓力,即大於一標準大氣壓(atm)或國際單位制下的101 325帕斯卡),使得溜冰場的冰就算在低於攝氏零度的狀態下,仍能融化成水。在這樣的情況下,我們與冰之間的摩擦力會變得特別小,就像冰與我們之間有一層薄薄的水作為潤滑劑,讓我們能夠輕鬆地溜過。
圖一 水的三相圖
然而,這樣的話,為什麼在很多人溜過後,溜冰場的冰沒有全部都融化成水呢?這是因為當冰刀劃過之後,壓力會隨著冰刀的離開而在原本加壓的地方降低,而此時的凝固點又會隨之恢復為標準大氣壓力時的攝氏零度,此時,水膜又會結成冰,而不會使得整個溜冰場的冰都融化成水。
上面這些敘述聽起來都符合我們所能預測跟學習到的知識,然而,科學就是如此的奧妙,在經過一些物理學家的研究之後,他們發現溜冰的機制根本就不是我們所想像的那樣簡單,而是另有其他機制。
根據地質物理學家Samuel Colbeck 於西元1995年被收錄於美國物理期刊(American Journal of Physics)的文章〈因壓力而融化與溜冰〉(Pressure Melting and Ice Skating)中所寫:因壓力變大而凝固點降低的熔化現象不能作為摩擦力減少的原因。文中說明在...
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