⚛ 物理

一块42斤的石头滑过45米冰面,冰壶的秘密到底是什么

看完这篇你会知道冰壶能滑那么远,靠的不只是光滑的冰,还有物理学里好几个一起"帮忙"的小秘密

把一块重达20公斤的花岗岩石头放在冰面上轻轻一推,它能稳稳地滑出足足45米——差不多是十层楼的高度放倒在地。换成木地板,别说45米,能滑出5米都算奇迹。冰面到底有什么魔法?

冰面其实不是你想的那么滑

很多人以为冰滑是因为"冰本来就光滑",就像玻璃一样。但真相有点反直觉:冰面并不是一块纯粹的硬玻璃,它的表面其实有一层薄薄的"半液态"水分子,有点像果冻的表皮——不完全是固体,也不完全是液体,处于一种"摇摆不定"的状态。这层东西学名叫"准液态层",但你就把它理解成冰的"皮肤"好了。正是这层皮肤,让接触面的摩擦力大幅下降。冰壶底部面积不大,整块石头的重量压在这一小圈上,就像高跟鞋踩在地上压强很大,进一步让这层"皮肤"更滑。所以冰壶一上冰,就像踩了加速器一样往前冲。

为什么要疯狂地刷冰面?

看过冰壶比赛的人都会注意到一个奇怪的画面:两个队员拿着刷子,跟在石头后面拼命地擦冰,脸红脖子粗。这到底在干嘛?其实他们是在用摩擦产生热量,临时融化一点点冰面,让石头滑得更远、甚至改变方向。刷子每秒钟在冰面上来回摩擦好几次,冰面温度能提升零点几度,别小看这点温度,这已经足够让冰面更滑了。刷得快一点,石头就多走几厘米;刷得少一点,石头就早点停下来。整块冰壶的运动轨迹,就这样被两把刷子"遥控"着。这也是为什么冰壶被称为"冰上国际象棋"——不是蛮力,是精细操作。

冰壶那个神秘的"旋转"是怎么回事?

还有一件更让人迷惑的事:冰壶在滑行时会缓缓旋转,而且会"拐弯",但拐弯的方向和你直觉里想的完全相反。普通陀螺转的时候会朝旋转方向拐,但冰壶偏偏反着来。科学家为这件事吵了好多年,最新的研究认为,这是因为冰壶底部的圆形接触面在旋转时,前半圈和后半圈与冰面接触的方式略有不同,微小的摩擦差异积累起来,就把石头"带歪"了。这个拐弯幅度有时能达到半米,老手投壶的时候必须把这个偏转算进去,否则差之毫厘,谬以千里。

冷知识:制作冰壶的花岗岩,全世界只有两个地方出产的石材符合要求,其中一个是苏格兰近海的一座无人小岛——艾尔沙克岛。这座岛至今严格限制开采,每块冰壶石头都"来之不易"。下次看冰壶比赛,你盯着那块在冰上优雅旋转的石头,有没有一点点不一样的感觉?