摩擦确实会产生一定的热量,但这样微小的热量还是不足以融化温度很低的冰,而且你在滑动的时候,在你前面的冰还没有形成水膜,因此会有很大的阻力。
这也不足以解释为什么在冰上会具有非常长持续滑动的能力。其实这都不是重点,最主要的是,在一个斜面冰上,一开始我并没有滑动,应该没有生热,冰应该不滑,但为什么我依然站不住呢?
因此到了21世纪,科学家认为冰表面的液体层是冰本身富有的一种性质,也就是说冰本身就很滑,并不需要任何的压力和摩擦来产生水膜。
不过目前科学家还没有完全解决,为何不管多低的温度,不管与物体有没有接触,冰的表面总是有一层液体。这是一个正在研究的问题,而且我们也通过各种手段看到了这层水膜。
滑是冰固有的性质不过问题是,同样是水膜,为什么它在冰上会更滑呢?在地板、瓷砖上就没有那么滑呢?
这说明冰表面天然形成的水膜跟我们认为的水还是由很大的区别的,它因该有一些比较特殊的性质。
在2005年的《今日物理》评论文章中,Robert Rosenberg指出,冰表面的水分子并不是我们认为的液态水,只不过它们比整块冰的水分子有更少的化学键,它们排列的更加松散,体积更大,表层的水分子能够更好的自由振动,甚至是滑动。
这层自由的水分子就在冰层的表面起到了很好的润滑作用。
2019年11月4日发表在《物理评论X》上一篇论文首次研究和测量了冰表面的这层“水膜”。解释了这层水膜为何会使得冰如此之滑,因为我们知道水并不是很好的润滑剂。
实验团队开发了一种装备有音叉的设备,类似于用于音乐的音叉,可以非常精确地“听到”在冰上滑行时的作用力。
尽管这个仪器只有几厘米大,但它的灵敏度足以探测冰,并在纳米尺度上分析摩擦的性质。
通过这个实验,科学家第一次清楚地证明了这个薄膜的厚度只有几百纳米到一微米,或者说一根头发厚度的百分之一,比理论估计的要薄得多。
而且这层薄膜根本不是“简单的水”,而是由像油一样具有复杂粘弹性的水组成的。也就是说,冰表面并没有完全转化为液态水,而是一种冰水和碎冰混合状态。
这个实验就验证了光滑本身就是冰的一种固有性质的猜想。但是冰表面为何会在纳米级形成这样的结构我们依旧不是很清楚。
所以冰为什么很滑这个问题,并没有得到彻底的解答。自然就是这么神奇,小小的生活现象,却包含着大物理,甚至是一些未解之谜。