冰為什么那么滑

孫瑜

冰為什么那么滑？這個看起來再普通不過的現(xiàn)象，卻困擾了科學(xué)家多年。

1987年，科學(xué)家通過X射線成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)，冰面上應(yīng)該存在一層非常薄的水分子層，厚度約在100納米量級。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了冰的表面確實(shí)存在著一層準(zhǔn)液體。

當(dāng)水結(jié)冰時，每一個水分子都會通過氫鍵抓住其周圍的水分子，形成晶體結(jié)構(gòu)。但是表層的水分子周圍缺少其他水分子，因此沒有辦法形成如冰塊內(nèi)部那般規(guī)則的結(jié)構(gòu)。

一項(xiàng)發(fā)表于《自然》雜志的研究顯示，科學(xué)家通過設(shè)計(jì)一種可以“聽”的測力儀，能夠測量這層準(zhǔn)液體的力學(xué)特性，并從微觀角度探討冰為什么滑。在實(shí)驗(yàn)中，玻璃珠會像一個小冰刀一樣，以幾十微米的距離尺度在同一區(qū)域的冰面上滑行。用來振動的音叉上附有一個加速器，可以測量玻璃珠的振蕩振幅，從而計(jì)算出玻璃珠和冰之間的摩擦系數(shù)。

最終，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這層準(zhǔn)液體并非簡單的水，而是水和微小碎冰的混合物，它像油一樣黏稠，具有黏彈性?？茖W(xué)家認(rèn)為，這正是冰為什么滑的秘密源頭。

當(dāng)然，冰上競技運(yùn)動中，冰刀的存在也讓運(yùn)動員如虎添翼。我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水膜中的微小碎冰充當(dāng)了軸承滾珠的角色。當(dāng)運(yùn)動員腳踏冰刀飛速滑過時，冰刀產(chǎn)生的壓強(qiáng)作用使得這些微小碎冰像珠子一樣被捏爆，釋放出來的液態(tài)水增加了原本的水膜厚度，使冰變得更滑。