眼下，不少河道和水面都結了冰，一些市民想著冰層較厚就跑到冰面上玩耍，卻不知很多意外就是這樣發生的。看起來十分堅硬的冰面為什麼容易發生破裂？冰面的承載力和哪些因素相關？有沒有簡單的方法可以判斷冰面厚度和承載力？我們用實驗來回答這些問題。
水面剛結冰時，冰層中有像樹枝狀的結晶
眼下，不少河道和水面都結了冰，一些市民想著冰層較厚就跑到冰面上玩耍，卻不知很多意外就是這樣發生的。
看起來十分堅硬的冰面為什麼容易發生破裂？冰面的承載力和哪些因素相關？有沒有簡單的方法可以判斷冰面厚度和承載力？我們用實驗來回答這些問題。
實驗一 觀察水面結冰過程
實驗簡介：
為觀察水結冰的過程，記者準備了一個透明的玻璃盆，裝入一定量的自來水後放入-10℃的冰箱冷凍室，模擬水面結冰過程。
實驗過程：
●每隔10分鐘觀察一次，50分鐘後，水面上出現一層薄冰，但輕輕搖晃後冰就沉入水中融化了；
●60分鐘後，水面上冰層的厚度比之前有所增加，冰層並不像玻璃一樣透明無暇，內部有樹枝狀的結晶；
●70分鐘後，水面上的冰層變得較厚，裡面的「枝杈」看起來更清晰了；
●把水放進冰箱約2.5小時後，水面上的冰層變得更厚，雖然水盆邊緣處的冰層很難按動，但是中間的冰層稍用力按壓就破裂了；
●把水放進冰箱約4個小時後取出，此時盆裡的水全被凍實，之前被壓破的冰面再次結冰；晃動水盆發現，冰內仍有可移動的氣泡，這說冰內還有水；把水盆倒扣發現，水面下方的冰層厚度不均勻，大體來看邊沿厚、中間薄，冰面呈上拱狀。
實驗解釋：
河科大物理工程學院副教授李同偉說，自然條件下的水在0℃以下就會結冰，但除了外界溫度，冰層厚度和水面空氣流速、表面積大小、水的深淺和純淨度等都有關係。水流速度越小、氣溫越低、水越淺、風速越大，形成的冰層越厚，原因是水放熱越快，結冰越快。這就是為啥面積大的水域不易結冰，面積小的水域易結冰。
河科大物理工程學院副教授王翬(huī)說，冰的承壓能力與厚度的平方成正比，但不能簡單套用這一公式，水中的雜質、流速、水的深度，冰中的裂紋、外界溫度等都會影響冰的承壓能力。
我們在實驗中觀察到，冰層內部呈枝杈狀，在「枝杈」的連接點處、冰面的裂痕處，承載能力都較弱；水面邊緣的冰層較厚，水面中心處的冰層較薄，這就是為啥看起來堅硬的冰面，人踩上去後冰面卻破裂。
邊緣的冰層比中間的冰層厚，冰塊裡能看見氣泡
實驗二 做外面是冰、裡面是水的小冰塊
實驗簡介：
為方便觀察冰塊內部結構，記者在冰格裡裝滿水後放進冰箱冷凍室，凍成冰塊後觀察。
實驗過程：
●每隔10分鐘觀察一次，因每個冰格裡水較少，30分鐘後冰格裡的水中就出現了冰碴兒；
●約1.5小時後把冰格從冰箱裡取出，倒出冰塊發現，不少冰塊的內部還是水，而且冰塊裡的裂縫、氣泡都能看到。
實驗解釋：
王翬說，在一個標準大氣壓下，純水在4℃以上表現為熱脹冷縮，但在0℃至4℃之間表現為熱縮冷脹，即溫度越低，密度越小，這是水最重要也最奇特的性質之一。因此，冰塊結冰的過程是從外到裡的，製作外面是冰、裡面是水的小冰塊並不難，控制好時間就好。
小冰塊的內部是空的，裡面還有水
實驗三 讓礦泉水瞬間結成冰
實驗簡介：
您可能看過這樣的視頻:一瓶水輕輕搖晃後就瞬間結成冰了，這是咋回事？李同偉說，溫度低於0℃時，水不一定會結冰，只要保持平衡且沒有外界幹擾，就會呈現出自然條件下的「過冷水」狀態，如果「過冷水」狀態被打破，如外部撞擊、震蕩、加入結晶粒子等，就會瞬間結成冰。
實驗過程：
●將一瓶未拆封的礦泉水放入-10℃的冰箱冷凍室約2小時後取出；
●搖晃瓶子發現，瓶中的水早已結冰，實驗失敗。
實驗解釋：
王翬說，實驗失敗的原因是冰箱溫度太低，想讓水達到「過冷水」狀態，溫度、時間都要精確把握。溫度過低、時間過長或實驗過程中平衡被打破，水都會直接結成冰；相反，如果溫度還未完全降下來，再怎麼搖晃，水也無法結成冰。
王翬建議，在-5℃至-3℃的環境中，把水放2小時後再實驗，最好選用沒有拆封的純淨水。如果不易控制溫度和時間，可以用毛巾把裝有水的瓶子包起來，在毛巾和瓶子之間插入溫度計，溫度計顯示-3℃時，把瓶子取出，注意不要搖動，這樣可以增加實驗成功率。（洛陽晚報記者 郭飛飛 通訊員 孫旭 文/圖）
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冰面上遇險該怎麼辦？
冬季落水後不要驚慌，身上的棉衣、羽絨服中都有很多空氣，在落入水中的一瞬間，人不會立即下沉，也不會立即感覺到冰水的寒冷。穩定情緒後要立即大聲呼救，尋求外援。如果墜落的地方冰層下方的水是流動的，一定要把身體露出水面，一旦被活水衝入冰層下面，將很難有生還希望。