(本文选自科普中国-科学原理一点通,作者小伍)
你是否注意过这样一个现象:滑冰场上,滑冰的人用冰刀在冰面上刮出各种划痕,但不久这些划痕会全部消失,留下完好如初的平面。这是为什么?
其实这叫复冰现象,是指冰由于压力增大而熔化,然后在压力恢复常值时重新结冰的现象。具体讲就是当一块冰的某一个表面受压,压力令其熔点降低,使得冰溶化成水。一旦压力消失,熔点提高至原来的水平,水又凝结成冰。该现象也说明了冰的熔点随压强的增大而降低。
事实上,正是由于复冰现象才使我们能够滑冰或滑雪。当人在滑冰或滑雪的时候,冰或雪会在冰鞋或滑雪板所施加的巨大压力(即人的重量)和摩擦力的作用下熔化,形成又薄又滑的水膜。水膜在冰鞋或滑雪板和雪之间起着润滑剂的作用。压力一恢复到正常值,这层水膜又重新结冰。
复冰现象是由詹姆斯·汤姆森提出,其兄弟威廉·汤姆森(开尔文勋爵)以实验证明的。是物理学中非常有趣的一种现象。
另外,南北极的冰川流动也属于复冰现象。冰川十分巨大,带动其流动可不容易。然而它的重量使得跟它表面相接的地或障碍物之间有巨大压力,令熔点下降,部分冰熔化成水,水就成为了冰川的润滑剂,极大的减小了其与地面或障碍物的摩擦力,使其向下流动。
类似现象还经常出现在我们的日常生活中,比如在堆雪人时,用手拿起一堆雪,然后施加压力,使得雪熔化,松手后水又再凝结;将两块冰一面连着放在一起,冰相接的表面受压,熔点降低,冰熔化成水,压力因而消失,水又变成冰,两块冰就合成一块了。
如果你想亲自体会“复冰现象”的神奇魅力,除了可以看《名侦探柯南》动画里《谁都解不开冰冻的圈套》这一集,除学到知识外,还可以通过小实验的方法来亲自体验一番。用一根细铁丝穿过一个冰圈,铁丝的两拴着重物,比如可以绑上一块砖,然后把这个冰圈悬挂在寒冷的室外,让铁丝下的砖头悬空,过一天你看,会发现铁丝没断,砖头和铁丝已经掉落在地上了,而冰圈竟然也是完好无损的。这就是因铁丝在砖块的重力下,在未掉落前不断的对冰圈施加着压力,随着时间越来越长,铁丝会逐渐切入到冰圈的冰里,而被铁丝切过的冰圈切口,因为铁丝对其不再有压力就会一点点的逐步冻上,从而直到砖块落地,冰圈仍然完好。