Автор Тема: Почему скользят коньки  (Прочитано 10294 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Andrei I.

  • Гость
Почему скользят коньки
« : 06 Февраля 2011, 13:40 »
"Если спросить у школьника, почему в морозный день коньки хорошо скользят по льду, то скорее всего можно услышать простой и очевидный ответ: «Конек трется о лед, между ними образуется тонкая водяная смазка, она и обеспечивает скольжение». Однако школьнику, более искушенному в физике, такой ответ покажется слишком простым и потому неинтересным. «Нет,— скажет он,— дело здесь не в трении, а в давлении конька на лед. При повышении давления температура плавления льда становится меньше 0 °С, а лед под коньком тает.» "

Полностью тема здесь.physbook.ru и здесь

Все-таки если конькобежец стоит неподвижно, будет ли слой воды между коньками и льдом? Вообще говоря, в отсутствии трения скольжения, при оказании давления на лед, будет ли происходить нагревание льда до его перехода в воду?

« Последнее редактирование: 06 Февраля 2011, 16:43 от alsak »

Оффлайн alsak

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 1976
  • Рейтинг: +8/-0
  • Не делает ошибок тот, кто ничего не делает
Re: Почему скользят коньки
« Ответ #1 : 07 Февраля 2011, 19:06 »
В своих файлах нашел сохраненный html файл под названием «Вопрос про силу трения» (но идет обсуждение скольжения коньков). Тема обсуждалась 28 июня – 6 июля 2003 г.
 
Основные мысли из этого обсуждения (отредактированы мною — alsak).
Классическое объяснение Рейнольдса и Тиндала, данное более 100 лет назад, опирающееся на то, что точка плавления льда с повышением давления понижается, неверно. Из уравнения Клапейрона-Клаузиуса следует, что для понижения температуры плавления льда на 10 градусов необходимо давление 1350 атм., которое лед не может выдержать (а конькобежец не может создать своим весом). Подробнее в книге И.П.Базарова "Термодинамика", М., Высшая школа, 1991, стр. 167-168.
В 1936 г. Бауден и Хьюз предположили, что водяная смазка образуется из-за теплоты трения. Они экспериментировали с коньками из разных материалов и обнаружили, что конек скользит тем хуже, чем выше теплопроводность его материала.
В 1971 г. Барнс, Тейбор и Уокер обратили внимание на то, что коньки хорошо скользят и при очень малых скоростях - ниже 1 см/с. Их объяснение опирается на пластическую деформацию поверхностного слоя льда (его толщина, по-видимому, равна 0,1 мм).
Источник: Н.Маэно "Наука о льде", М., Мир, 1988, стр. 139-150.

"В связи с развитием полупроводниковой техники, микроминиатюризацией элементной базы и переходом к планарным технологиям интерес к физике поверхности в последнее десятилетие сильно возрос. Было разработано множество тонких методик исследования приповерхностных состояний в твердых телах, оказавшихся полезными в исследовании и металлов, и полупроводников, и диэлектриков. Однако структура и свойства поверхности льда, граничащей с паром или жидкостью, остается во многом неясной. Одна из наиболее интригующих гипотез, выдвинутая еще М. Фарадеем, заключается в существовании на поверхности льда квазижидкого слоя толщиной в десятки-сотни ангстрем даже при температуре значительно ниже точки плавления. Основанием для этого являются не только умозрительные построения и теории структуры приповерхностных слоев из сильно поляризованных молекул H2O, но и тонкие определения (методом ядерного магнитного резонанса) фазового состояния поверхности льда, а также его поверхностной проводимости и ее зависимости от температуры. Однако в большинстве практически важных случаев свойства поверхности снега и льда, скорее всего, определяются наличием макроскопической водяной пленки, а не квазижидкого слоя.
Плавление приповерхностных слоев льда под действием солнечного света, более теплой атмосферы или скользящего по нему твердого тела (коньки, лыжи, полозья санок) имеет решающее значение для реализации низкого коэффициента трения. Низкое трение скольжения не результат понижения температуры плавления под действием повышенного давления, как часто думают, а следствие выделения теплоты трения. Расчет показывает, что эффект давления даже в случае скольжения остро наточенного конька по льду, под которым развивается давление около 1 МПа, приводит к понижению температуры плавления всего лишь на ~ 0,1 град, что не может оказать существенного влияния на величину трения."
Вода и лед - знаем ли мы о них достаточно? (Головин Ю.И. , 2000)

Несколько цифр:
1. увеличение давления на 134 атм понижает температуру плавления льда на 1°С.
2. Дополнительное давление под коньками равно примерно 20 атм (m⋅g/S, где m = 100 кг, S = 2 мм⋅25 см = 5 см2), что недостаточно даже для понижения температуры на 1°С. А коньки хорошо скользят и при –10°С, и при –25°С.
Комментарий: Я думаю, что нужно рассматривать не макроскопическое давление, а микроскопическое давление, возникающее при контакте шероховатой поверхности льда и движущегося конька.

 

Sitemap 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24