走人行道很容易,走在冰上却不行。一瞬间你还好好的,下一瞬间脚向前滑,双臂飞起,你在努力不摔倒。
那为什么冰这么滑?答案涉及摩擦力、表面、温度,以及你的鞋和冰之间发生的事情。
摩擦力帮助你走路
摩擦力是一种阻止滑动的力。走路时,你的脚向后推地面,摩擦力推着你向前。没有足够的摩擦力,你的脚就会滑而不是抓地。
这就是为什么在干燥的路面上走路感觉容易:粗糙的表面给你的鞋子抓住的地方。冰比路面光滑得多,所以抓地力更少。
冰的表面很滑
冰看起来是固体,但其表面可能以奇特的方式表现。在很多条件下,冰的顶部可能有一层极薄的水。那层薄薄的水可以让表面更滑。
你的鞋子不只是触碰粗糙的固体地面,可能是在滑过光滑的冰面,中间还有一点点水,像机器里的润滑油一样减少摩擦。
温度很重要
不是所有冰都一样滑。接近融点的冰通常非常滑,因为表面更容易形成那层薄薄的液态层。极冷的冰有时可能不那么滑,因为表面的液态水更少,感觉更干燥、更硬脆。
这不意味着极冷的冰是安全的,它仍然可能很滑。但温度会改变表面的表现。
鞋子也很重要
不同的鞋子抓地效果不同。底部平坦光滑的鞋子没有太多东西可以抓。花纹较深的鞋子能更好地抓住雪或不平坦的表面,这就是为什么冬季靴子通常有有纹理的底部——图案有助于产生更多摩擦。但即使是好鞋子,在非常光滑的冰上也可能打滑,因为鞋底可能没有足够的粗糙度可以抓。
为什么我们滑得那么快?
当摩擦力很低时,没有太多力量阻止你的脚移动。在路面上,如果你的脚开始滑,摩擦力很快把它减慢。在冰上,摩擦力更弱,所以脚会一直滑。这就是为什么一点点失去平衡就会变成一个大滑。
冰是一个设计挑战
工程师和城市规划者一直在考虑滑滑的表面。道路、人行道、轮胎、鞋子和运动器材都需要应对摩擦力问题。盐可以帮助融冰,沙子可以增加粗糙度,轮胎花纹帮助汽车推开水和雪浆。目标始终相同:增加抓地力。
核心思想
我们在冰上滑倒,是因为冰的摩擦力很低——光滑的表面、可能存在的薄薄液态层、温度,以及我们穿的鞋子,都影响我们能获得多少抓地力。
继续探索
金属摸起来为什么比木头更冷?关于作者
Enqi Qi
Avanza STEM volunteer
Enqi volunteers with Avanza STEM and helps plan the science and math activities used in our workshop sessions.
