冰为什么这么滑？这个问题不简单

滑冰作为冬季的一项传统户外活动，每年都吸引许多人参加。但是你有没有想过为什么冰这么滑？

冰带有天然润滑剂

当被问及冰为什么这么滑时，有些人可能会不假思索地回答：“因为冰足够光滑！”

这个解释可能有些道理，但真正滑过冰的人一定知道，室外的冰往往是粗糙的，根本不光滑。但奇怪的是，如果不小心，你会摔倒在冰上。户外溜冰场就不用说了，连冬天路边一滩积水形成的碎冰碴都能瞬间把人放倒。

再举个例子也可以证明这个解释不合理。

酒店干净的大理石地板比天然冰面光滑很多，但是人在上面走路还是可以不像在冰面上那么小心翼翼。

那么，是什么让冰如此光滑呢？

事实上，如果你想让一个物体变得光滑，你只需要一层薄薄的润滑剂，可以是水、蜡、矿物油、细砂或石墨粉。润滑剂可以大大减少物体之间的摩擦。水是冰上的天然润滑剂。当我们站在冰上时，我们的脚并不与冰直接接触，而是被一层流动的水膜隔开。

冰上的水来自哪里

至此，冰为什么滑的问题已经有了解释，但还有一个问题没有解决。冰上的水是从哪里来的？

众所周知，冰在零摄氏度融化。上个月北京室外温度达到零下五六度，甚至低到零下十度，显然不足以融化冰面。

事实上，“冰在零摄氏度融化”并不准确，它忽略了一个重要的前提，即在一个标准大气压下，冰的熔点只有零摄氏度。

早在1850年，科学家们就发现增加压力会降低冰的熔点。第一个把这条规则和滑冰联系在一起的人是爱尔兰物理学家约翰乔利。

他认为，当一个人站在冰上时，身体对冰施加的压力会使冰的熔点低于零摄氏度，融化冰的表面，形成具有润滑作用的水膜，使冰变滑。如果人们用薄冰鞋穿冰鞋，作用在冰上的压力会更大，熔点会下降得更多。

根据约翰乔利的计算，穿着冰鞋的成年人会对冰表面施加比标准大气压高400多倍的压力，这可以将冰的熔点降低到-3.5摄氏度。

“冰面上的水是从哪里来的”这个问题，似乎已经完美解决了，但总有一些错误。冬天过后，东北的气温可以达到零下几十度。按照约翰乔利的理论，东北的冰面应该不会融化，不会使人滑倒，在上面很难滑动。然而事实并非如此。“冰上溜”是东北冬季日常活动之一。

东北就更不用说了，一般花样滑冰馆冰面的最佳温度在-5.5摄氏度左右，花样滑冰鞋上的冰刀很厚。在大多数情况下，运动员像燕子一样轻，这不能用约翰乔利的理论来解释。

更尴尬的是，约翰.乔利在他的实验中将溜冰鞋和冰面的接触面积设定为0.02平方英寸。

但其实冰刀很厚，接触面积比这个数大很多，也就是说施加在冰面上的压力可能不足以让熔点下降这么多。据实验估计，一个70公斤重的人站在溜冰鞋上只能使冰的熔点降低0.017摄氏度。

1939年，弗兰克鲍登(Frank Bound)和TP休斯(T P Hughes)提出，鞋底或冰鞋与冰面摩擦产生的热量，导致冰面融化，形成水膜。

经过反复实验，他们认为相对于压力，摩擦力是融化冰表面的主要因素。为了验证这个结论，他们甚至把实验地点设在海拔3346米的冰洞里，使用了干冰、液化气等制冷技术。

然而，他们的解释并没有让学术界满意。

这时，一个想法进入了人们的脑海：冰本身的表面会有一层水吗？

20世纪中期，随着固体物理和材料科学的进步，以及材料探测技术的更新，人们发现冰的表面在水和冰之间有一层流体表面物质。

它不是冰融化形成的水。即使温度低于熔点，这层物质也能存在。有学者称之为“准液体层”。它的厚度和温度有关。温度越低于熔点，准液体层越薄。

1987年，科学家利用X射线衍射“看到”了冰表面的微观结构，证实冰表面有一层准液体。

21世纪，科学家们利用非线性光学进一步研究了冰表面准液体的结构和性质。一些研究小组已经用分子动力学模拟了水分子在冰表面的排列，甚至模拟了水分子如何在冰表面“跑来跑去”。

但是这些水分子是润滑剂吗？生活中的润滑剂通常是油状和糊状的，很少有和水一样的质地。润滑剂不仅要有良好的流动性，还要有一定的弹性和粘度。

发表在《自然》杂志上的一项研究表明，科学家们用一个类似音叉的装置和毫米玻璃珠巧妙地测量了这个准液体层的机械性能。音叉振动带动小玻璃珠在冰上滑动，加速度计捕捉玻璃珠在此过程中的运动状态。

科学家们在实验中发现，这种准液体可以看作是水和微小碎冰的混合物，比水粘稠得多，就像油一样，具有接近固体冰的弹性。适当的粘性和弹性使得冰面上的准液体甚至比水还要好，这就解释了为什么冰面比溅满水的光滑的地板还要光滑。

所以“为什么会冰滑”这个问题已经完全解释清楚了。

说了这么多，肯定有很多人已经憋不住了，想马上去溜冰场秀一下风格。别担心，最后提醒大家一定要在正规的溜冰场滑冰，穿好必要的防护服，注意自己身体安全。