相信很多人都有过滑冰的经历，在冰面上滑动时，会感觉自己身轻如燕，只需要花费小小的力气就可以滑行很长一段距离，并且通过稍微调整自己的身体，就能够完成各种动作：倒滑、旋转等等。那么你在滑冰的时候是否想过脚下的冰为什么这么滑？我们又是如何在冰上完成各种动作呢？接下来我们就来了解一下滑冰中的科学原理。
为什么冰这么滑？
冰为什么这么滑这个问题其实困扰了人类几百年，至今人们还在对这个问题进行不断的研究，最早对这个问题的解释是压力导致冰发生相变，从而形成一层水膜，产生润滑作用。
- 压力溶解说
水在自然状态下一般会存在三种状态，固态（也称为固相）、液态（液相）和气态（气相），每一种存在的状态都会对应一定范围的温度和压强，温度和压强是影响水的存在状态的关键因素。例如，在正常的大气压强下，水在0℃以下为固态，0℃~100℃为液态，而在100℃以上会变为气态。这个变化相信很多人都知道，因为温度会改变物质的状态。
但很多人可能并不知道压强同样也会影响物质的状态，毕竟我们是生活在一个恒压的环境中。不过我举一个生活中的例子你可能会反应过来。例如当我们用高压锅加热水，水的沸点会升高：同样105℃的水，在正常的环境中早已成为了气态，但在高压锅的高压强中，可能还是液态。所以温度和压强两个条件都分别会影响物质的状态，每一个确定的温度的和压强都会对应一个确定的的物质状态，如果我们将温度和压强分别列出两个坐标，坐标上每个点都将对应一个确定的物质状态，于是可以得到一个物质状态与各种条件的关系图，我们把这个图称为相图。下面这个就是水的相图，通过相图我们就可以知道水在每一个温度或压强对应的状态，同时我们还可以知道在某个压强下水的熔点和沸点分别是多少。
之所以要从水的相图讲起，正是因为人们猜测在我们滑冰时，滑冰鞋下的冰刀会给冰一个很大的压强，这个压强会导致水的融点下降，从而导致冰刀下的水液化，形成一层水膜，这层水膜相当于一层润滑剂，大大的减少了冰与表面接触物的摩擦力。
但这个推测结合相图并经过仔细计算是站不住脚的，经过计算，即使是要使冰的熔点下降1℃，就需要施加相当于130倍的大气压，况且溜冰场的温度一般都保持在-7℃左右，想让水瞬间液化，冰刀给予的压强远远不够，因此，这种解释在理论上并不能站住脚。
- 冰为什么这么滑的最新科学解释
在2019年就有科学家对这个问题继续作了一个深入的研究，他们利用一个类似于音叉的装置，下面放置一颗微小的玻璃珠，利用音叉的振动带动玻璃珠运动，从而测量出玻璃珠与冰面之间的摩擦力、玻璃珠与冰面之间水膜的性质，这个精度可以达到纳米级。
实验检测装置
冰面上的水膜
经过这个研究，科学家发现这层水膜并不单纯的是一层水分子，而可能是介于固态与液态之间的一种状态，具有粘性又有弹性，同时也猜测冰面中的水分子能够与液体中的水分子相互转换，在互相转换的过程中形成一个类似于滚轮的效果，从而能够让冰面上的物质非常轻松的滑动起来。这层水膜的状态与温度有关系，在一定范围的温度下会自然存在。
上面这个科学研究已经进一步完美的解释了我们在冰面上滑动时为什么受到的阻力这么小，这种现象的产生为我们能够“滑冰”提供了前提条件。通过上面的介绍，我们知道了冰为什么这么滑，那么接下来如何优雅的在冰面上玩出各种花哨的动作呢？
如何利用物理规律优雅的滑冰
- 滑冰中的摩擦力与阻力
在滑冰前进的时候，我们会发现滑冰运动员并不是用脚向后蹬，而是双脚成八字形向两边滑动，从而实现加速，那么为什么要这样滑动，而不是像我们在地面上走路一样用脚向后蹬呢？之所以要这么做才能加速，这是因为摩擦力的影响。
滑冰鞋下的冰刀是一条很窄刀刃，刀刃压在冰面上时，会导致冰面发生形变，从而形成一条与刀刃相吻合的凹线，这个时候，滑冰鞋在左右两边的滑动将会受到两边冰的限制，从而只能在前后两端滑动，利用这个原理，当我们在前进的时候，就可以利用这个冰刀两侧的阻力来推动我们前进。两只脚不断调整角度，利用侧面的阻力就可以为我们的滑动不断提供动力。
利用冰刀侧面的阻力推动我们不断前进
利用侧面阻力加速
刹车时冰刀下陷，侧面滑动受到很大阻力从而直接将冰铲起
- 滑冰中的向心力
我们在滑冰的时候不仅仅是在一条直线上运动，还需要在运动状态下转弯，转弯的时候我们会发现一个现象，就是运动员的身体会倒向一侧，并且依旧能够保持平衡，稳定的滑动。这又是什么原理呢？那么这里我们就要了解一下曲线运动。为了让大家更好的理解曲线运动中的物体受力，在这里先虚构一个“离心力”，任何做曲线运动的物体都会受到一个“离心力”的作用，比如我们用的洗衣机甩干功能，在高速旋转下，衣服中的水由于受到离心力的作用而被甩出，这就是离心作用。
我们在滑冰时，肯定不愿被甩出滑冰场，那么我们就要利用使用其它的力来平衡这个“离心力”，当我们的身体以一定的角度倾斜时，就可以提供这个力，我们把这个力称为向心力，这个向心力可以用来平衡转弯时所产生的“离心力”，从而不被“离心力”所“甩出”。（这里为了让大家更好理解这个过程，虚构一个“离心力”）
倾斜的身体可以用于提供转弯时所需的向心力
圆周运动的小球需要绳子不断提供拉力（向心力）
因此，当我们滑冰需要转弯的时候，可以适当调整身体的倾斜程度来提供曲线运动所需要的向心力，从而保持运动平衡。
- 滑冰中的转体物理规律
我们在观看滑冰比赛时，经常能够看见参赛选手们快速的旋转自己的身体，并且通过不断调整自己的姿势可以任意的变换旋转速度，这里就利用到了角动量守恒定理。在物体所受合外力为零时，不仅动量守恒，角动量也同样守恒。
角动量与旋转物体的质量以及旋转半径有关，当旋转半径越小时，根据角动量守恒，那么旋转的角速度就会越大，旋转就会快，因此，当滑冰运动员将身体展开时，在相同的角动量下，转动半径较大，动惯量也会更大，转起来将更困难，那么转动的就会越慢。那么当运动员将身体向转轴收缩时，转动半径减小，转动惯量变小，转动速度就会更快，于是可以产生加速旋转的效果。
通过调整姿势改变旋转速度
生活中我们也能看见类似的现象，拖拉机由于具有一个质量和半径都很大的飞轮，导致转动惯量很大，转起来就会越困难，因此，要启动起来就很困难，需要人力来启动。但一旦启动起来便会拥有很大的角动量，就不至于在启动之后突然出现转不动而熄火的情况。
总结
总结一下上面滑冰中所涉及的科学原理，冰面之所以那么滑是因为在一定的温度下，冰的表面会天然存在一层膜。这层膜介于固态与以液态之间，具有高粘度的性质，从而能够产生滑动，所以冰面总是那么的滑。正因为有了这个基础，我们才能在冰面上“愉快”的滑冰。在滑冰的过程中，我们可以通过对冰刀两侧的冰施加力的作用从而为我们滑冰提供动力，同时在拐弯和旋转的过程中我们可以充分的调整姿势，利用物理规律来达到我们想要完成的动作。以上就是关于滑冰中所涉及到的一些科学原理，是不是觉得很有趣呢？想了解更多有趣科学知识，欢迎关注。
