科学家以为他们知道冰为什么滑,但研究人员却发现了惊喜

时间:2019-11-07 12:11 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

科学家以为他们知道冰为什么滑,但研究人员却发现了惊喜

 

  为什么冰这么滑?

  答案在于一层由摩擦产生的水,它比我们想象的稀薄得多,并且比起我们夏天喝的碎冰的“雪锥”,其粘度比通常的水高得多。CNRS和ENS-PSL的研究人员最近在École理工学院的支持下,于2019年11月4日在《Physical Review X》上发表的一项研究中证实了这一现象。

  冰的“滑”性质通常归因于由摩擦产生的液态水薄层的形成,例如,这使得溜冰者能够在该液态膜的顶部“冲浪”。从未测量过这薄层水的性质:其厚度在很大程度上尚不清楚,而其性质甚至其存在一直是争论的主题。此外,由于已知液态水是不良的润滑剂,这种液态薄膜如何减少摩擦并使冰滑?

  为了解决这一矛盾,来自ENS物理实验室(CNRS / ENS-PSL /索邦大学/巴黎大学)的研究人员与水动力实验室(LadHyX,CNRS /Écolepolytechnique)的团队合作,开发了一种配备音叉的设备(类似于音乐中使用的音叉),该设备可以以极高的精度“听到”滑冰过程中的作用力。尽管仪器的尺寸只有几厘米,但它足够灵敏以探测冰并以纳米级分析摩擦特性。

  得益于其独特的装置,科学家们首次能够清楚地证明摩擦确实会产生一层液态水。尽管如此,该膜还是带来了许多惊喜:膜的厚度只有几百纳米到一微米,或者是一束头发的厚度的一百分之一,比理论估计的要薄得多。更出乎意料的是,该膜根本不是“简单的水”,而是由粘稠的水组成,具有与油一样的粘弹性。这种出乎意料的行为表明,表层冰不会完全转化为液态水,而是最终以类似于“雪锥”的混合状态出现,即冰水和碎冰的混合物。因此,可以在这种水膜的“粘性”性质中找到在冰上滑动的奥秘。

  这些结果表明,对于描述冰上摩擦的理论描述需要彻底的大修。到目前为止,融水的非凡性能是一个尚未考虑的关键因素。例如,这将有助于更好地理解滑冰现象,例如在冬季运动中,还将有助于提出创新的解决方案以增加摩擦力,从而避免在结冰的道路上打滑。

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