冰为什么这么滑？真是为难了科学家一个多世纪。最近他们又有了新观点：冰天然便是这么滑，由于它外表天然存在一层冰水膜。
黑猩猩滑冰 | pixabay
作者 | 陈单纯 物理学硕士
冬日冰封大地，滑冰成为群众喜爱的运动。几百年前，我国清朝人就喜爱“冰嬉”，欧洲人也会打冰球、转冰陀螺。但有个问题困扰了科学家一个多世纪：冰为什么这么滑？
一个惯例猜想是，冰上有一层水。看起来也很合理：雨后的路面、溅水的地板都会变滑。由于液态的水具有流动性，让冰面变得滑溜溜，是一个很天然的说明。但实践是怎样的呢？
压力 or 冲突，是什么让水膜存在？
一百多年来，科学家们做了许多试验，企图找到冰很滑的原因，成果却是越研讨越疑问。
一开端，他们将焦点放在冰上水层的暂时构成原因上：
是压力导致冰熔化了吗？由于在天然界中，冰熔化后体积反而减小，导致对冰施加压力，其熔点会下降，即压力会协助冰熔化。（压力融说明，1886）
水具有一种失常特性：结冰（凝结）后密度减小，使得冰会漂浮在水面上，这样即便是天寒地冻，鱼儿也能在冰下熬过严冬。鱼：？？？| pixabay
而冰鞋上的冰刀与冰面的触摸面积十分小，滑冰时可发生几百个大气压，这样即便在零度以下，冰也能够熔化构成一层水薄膜。
但是，依据理论核算，这种效果只要在冰点邻近才适用。但来自南极的探险活动却告知咱们，即便是在 30 °C的极寒环境下，滑冰仍然是或许的。可见压力不是问题的悉数答案。
那是冲突生热导致了冰熔化吗？1939年，两位科学家在瑞士少女峰挖了个洞，里边温度一直低于 3 °C。他们在洞内运用金属板和木质板做比照试验。
假如冰的熔化是冲突生热导致的，那么导热更好的金属板将迅速将热量丢失，使得冰较难熔化，然后遭受更大的冲突。成果的确如此，金属滑雪板与冰面的冲突力更大。此外，试验中冰刀的温度也上升了。该进程的确存在冲突生热。
但问题还没有完毕：无论是压力、仍是冲突生热导致的冰熔化，都无法说明，为什么在温度很低时，即便一个人仅仅静静地站在冰上，仍是会打滑？莫非冰上天然就存在一层水薄膜吗？
渐渐迫临的本相：冰上或许存在一层天然水膜
早在1859年，电磁学奠基人之一的法拉第就提出猜想，在温度低于冰熔点时，其外表就天然地存在着一层水薄膜。
他规划了一个试验，将两块冰的旁边面相互触摸，发现它们会粘起来，需要用很大力才干分隔。假如冰块外表存在一层水膜，在两块冰触摸时就会凝结、将其粘在一同。这能够很好地说明这个现象。
后来的研讨还发现，不仅是冰，在金属、半导体、稀有气体凝结成的固体中都存在这样的外表熔化现象。
但法拉第的试验好像被人们遗忘了。直到1949年，科学家才开端从头考虑这层水膜与冰很滑之间的联络。从那之后，人们丈量了渐渐的变多的数据，证明了这层融水薄膜的存在，并研讨了其厚度，使得冰的奥妙渐渐的变明晰。
最近发表于《天然》杂志的一项新研讨，让这个百年难题又向前推动一步。科学家们规划了一个奇妙的试验，来丈量该融水层的冲突性质和相关特性，让咱们更清楚地看到了这层融水薄膜的姿态。
新研讨：不是单纯的水膜，而是冰水混合膜
他们运用一个音叉状的仪器，将一个毫米巨细的玻璃珠附着在其间一个分支上。跟着音叉的振荡，玻璃珠像细小的冰刀相同在冰面上滑行。
在玻璃珠邻近，有一个加快计，能够测出玻璃珠在平行和垂直于冰面方向的运动（振荡起伏），然后核算出玻璃珠与冰面之间的冲突力，并然后推算出融水薄膜的性质。
尽管仪器巨细只要几厘米，其丈量灵敏度却能够到达纳米量级。
在试验中，玻璃珠附着在“音叉”上，跟着其振荡而振荡，像细小的冰刀在冰面上滑行。|Nature
成果发现，在冰的外表的确存在一层水膜，厚度为几百纳米到一微米，比之前理论核算的成果要小许多。
愈加出人意料的是，这层水薄膜并不是单纯的水，而是水和冰的混合物。它的粘性比一般的水要大许多，简直像油相同粘稠。
在负载重物时，这层“冰水与碎冰的混合物”既表现出来自固态冰的弹性，也表现出来自液态水的粘性。这种粘弹性使得它不简单从空隙中被挤出来，然后能够一直隔在内层冰与玻璃珠（或其他物体，比方冰刀或你的鞋底）之间，阻挠其直触摸摸，然后起到杰出的光滑效果。
研讨人员猜想，这正是冰之所以那么滑的奥妙地点。
问题还没有完毕
新的试验成果让咱们对冰的冲突现象有了更清楚的知道，但是从前文的评论中咱们咱们能够看到，“冰为什么那么滑”其实便是一个适当杂乱的问题，它与冰本身的特性、外界的压力和温度等许多要素有关，秒滑和越来越滑或许有不同归因。咱们答复了其间一些问题，但还有更多详细的问题等着咱们去回答。比方：为什么存在这层天然“冰水混合膜”？
带着对这样一些问题的困惑，或许你下一次在天寒地冻上滑冰时，就不再仅仅会感到在冰面上迅雷不及掩耳的自在，也会想起法拉第在100多年前对这样的一个问题的思索。对天然问题的考虑，让咱们即便身处冰上的二维国际，也能逾越眼前所见，观察一个万事万物皆互相相关的丰厚国际。
论文地址：
Daniel Bonn, The physics of ice skating, Nature (2019)
（责编 高佩雯）
附：欢喜的冰上活动
清朝人滑冰 | 《冰嬉图》，清（下为部分）
欧洲人滑冰|《有滑冰者和捕鸟器的冬景》，彼得·勃鲁盖尔，1565
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