壓強與受力面積的關係 冰刀究竟是不是「刀」?

2020-12-13 天極網資訊

知識點：在冬奧會上，有著大量的滑冰項目，很多人對冰鞋的冰刀產生了興趣，那麼這個冰刀究竟是不是刀呢？冰刀其實是一塊製成一定形狀的薄鋼片，然而冰刀的刃部和背部是基本上一樣厚的，而不是像日常生活中使用的刀具那樣一邊窄一邊寬的。它分為花樣冰刀、速滑冰刀(跑刀)和冰球冰刀三種。

北京喜獲2022年冬奧會的主辦權，你最期待在家門口看哪個項目呢？反正於我個人而言，最感興趣的是滑冰。在冬奧會的各比賽項目中，滑冰項目無疑佔據了很大一部分：速度滑冰讓人感受到風馳電掣的激情，花樣滑冰讓人感受到力與美的融合，冰球比賽讓人感受到無比激烈的對抗。運動員腳下的一雙滑冰鞋就成了他們的「獨門秘器」，是他們的制勝法寶。直觀地看，冰鞋就是由鞋子和冰刀組成的，於是很多觀眾或許會問，冰刀是不是一把「刀」呢？它是不是有著薄薄的刀刃把冰劃開，使得運動員的身後總會留下一道道優美的弧線？

然而事實上，冰刀沒有很多人想像的那麼「薄」。冰刀其實是一塊製成一定形狀的薄鋼片，然而冰刀的刃部和背部是基本上一樣厚的，而不是像日常生活中使用的刀具那樣一邊窄一邊寬的。因此冰刀踩在冰上，是有一定面積的方形部分和冰面接觸的。如果冰刀過窄，運動員也是不容易保持平衡的。

根據冰鞋的用途不同，冰鞋的形狀也有較大差別。大體上可以見到三個類型的冰鞋：花樣滑冰、速度滑冰和冰球運動用的冰鞋，分別對應「花樣刀」、「速滑刀(跑刀)」和「球刀」。速滑刀是平直的，刀刃比較薄，刀身比較矮，這樣可以減小空氣阻力，降低重心以提高穩定性；花樣刀和球刀都是弧形的，這樣有利於讓人轉彎更靈活；花樣刀的前頭還有鋸齒，用於幫助運動員做跳躍、旋轉等動作。各種冰刀都是為了專門的用途設計的，一般都照顧到某一方面突出的性能，但同時要犧牲其他方面的性能；例如跑刀強調穩定性，而花樣刀強調靈活性，這二者是矛盾的，不能二者兼顧。初學滑冰的人一般會選擇花樣刀，它易於掌握；同樣的道理，滑冰場也基本上配備的是花樣刀。

還有一個問題，人划過冰面以後身後會留下一道痕跡，這是把冰面劃出了一個口子嗎？答案是否定的，如果你摸一下這道痕跡，會發現你可以輕易地將它「抹去」，而完全找不到裂痕。這要從滑冰如何減小摩擦阻力的原理說起。冰刀在和冰面接觸時將人體的重力施加到冰面上，使得局部冰面的壓強增大。水在較大壓強下熔點降低，於是腳下的冰化成了水，這個水層起到潤滑劑的作用，減小了冰刀和冰面之間的摩擦，讓人可以在冰面上自由地飛馳！而身後的那一道痕跡是融化的水因壓強恢復正常重新凝結成冰。

冰刀其實是裝在冰鞋底下的鋼製刀狀物，並不是刀，根據實際的用途和比賽項目，運動員可以選擇速滑冰刀、花樣冰刀或冰球冰刀。

作者:馬京東

（作者：科普中國責任編輯：天極科普君）

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