14名海洋大學志願者推一輛車被質疑,冰雪為什麼會滑?

2021-01-10 老粥科普

志願者遭受質疑

2021年初,中國從北到南遭受強寒潮襲擊,北方多地氣溫驟降至-20℃以下,戶外天寒地凍、潑水成冰。又逢新冠疫情再次來襲,大連海洋大學校園封閉,師生在宿舍隔離,一日三餐和防疫物資全靠教職工和學生志願者統一配送。

中國海洋大學「移動雕塑」

一張大學生志願者合力推車的照片刷爆網際網路。有人從學校門外樓上拍到14名志願者頂風冒雪推一輛堆滿物資的三輪車在雪地裡艱難前行,後邊還有兩人跌倒。視頻和照片迅速在網絡流傳,大家紛紛給志願者們點讚,說這是中國的「移動雕塑」,是新時代的脊梁,是我們偉大的「後浪」。

有志願者在冰面滑倒

然而在讚美聲中也出現一些雜音,質疑者認為這是「擺拍」,覺得十幾個人推一輛車實在太離譜,雪地哪有那麼滑?

雪地真的很滑嗎?

廣東很多地方從不下雪,許多南方的朋友一輩子連雪都沒見過,他們不能理解北方的冬天,當然也無法知道在冰雪路面行走到底會是什麼感覺。實際上,雪地並不滑,而一旦雪被踩結實,甚至結成冰,你就要小心了,一不留神就容易摔跤。

雪地本來並不滑

雪並不光滑,它是由六角形的雪花和六稜柱狀的小冰晶構成的鬆軟團塊。當雪花掉落到地面,冰晶會相互交錯著支撐在一起,形成蓬鬆的積雪層。我們踩在這鬆軟的積雪之上,雪會被壓實,壓強大的地方變得更硬更深,壓強小的地方會疏鬆些,於是形成清晰的腳印。

鬆軟的雪被踩出腳印

你在疏鬆的雪地上行走,由於可以踩出腳印,鞋底與雪之間構成靜摩擦關係,就像是踩在沙地上一樣不容易滑倒。但如果雪被踩實,表面變得很光滑,甚至結成冰殼,情形就大不相同了。

雪面很疏鬆

雪地為什麼會變滑

疏鬆的雪花很容易被破碎形成細小冰晶,由於相互間的擠壓摩擦,冰晶表面的水分子會受熱融化,與相鄰的冰晶粘合在一起形成更大團塊,在反覆擠壓下,這些團塊會結成更硬的冰。

雪花被壓實後變成冰

雪地上本沒有路,踩的人多了就會形成一條雪道,雪道表面覆蓋著一層冰,堅硬且光滑。

對於冰為什麼更滑溜,一直有不同的說法。一種觀點認為當冰面受到擠壓時,它表面的冰晶會因為摩擦而迅速融化變成水膜,水膜充當了鞋底與冰面的潤滑劑,於是你不容易在冰面上站穩。

人在冰上面走很容易滑倒

另一種觀點認為水膜的形成僅存在於環境溫度相對比較高、摩擦的速度很快,或者單位面積的壓強很大。滑冰運動員鞋底的冰刀切割冰面時,冰刀與冰面之間會形成水膜。但在零下20℃的冰面上行走時滑倒並不是水膜的過錯。

速度越快會越滑

我們知道冰是由水分子相互鍵合形成的固體結晶,冰中的每個水分子會與周圍的三個水分子通過氫鍵相連,而冰表面的水分子只能跟兩個分子連接。又由於氫鍵的力本來就比較弱,在受到外界摩擦時,冰表面的水分子會更容易脫落變成游離分子,當這些游離的分子在冰層表面滾動時,我們就像是踩在一層小滾珠上一樣。

水分子依靠氫鍵結合成冰

海洋大學門口有個斜坡

即便冰面很滑,你在平地上小心走動時問題不大,如果遇到斜坡就會出現麻煩,因為地心引力在斜坡上會製造一個側向的力,它會讓你產生側向滑移。在積雪的路面上開車,你需要倍加小心,因為你越是踩油門,車輪會越容易打滑,從而釀成事故。

車輛在斜坡上很容易打滑

從海洋大學志願者拍攝的現場照片看,校門外斜坡的坡度大約在10°左右,一般情況下三輪車爬這個小坡沒什麼問題。但由於地面積雪被壓實結冰,車輪與地面的摩擦係數顯著下降,三輪車在上坡時幾乎沒什麼牽引力。這時候就需要志願者們來推車,又因為每個人腳下的摩擦力不夠大,不能阻止三輪車下滑,所以14名志願者合力將車推上了坡。

這裡有一個10°的斜坡

有朋友可能會問,推車嘛,你需要推到車呀,後邊那幾位根本沒推到車上,是不是做樣子呢?其實不然。三輪車上不了坡的主要原因是車輪摩擦不夠;一個人鞋底的摩擦力也較小,只有增加人手、增加推車團隊對地面的壓力和接觸面,才能增大與地面的總摩擦力。雖然每個人貢獻出來的推力不很大,但眾志成城,困難就比較容易被克服了。

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