Единственное скользкое тело в природе
На гладко натёртом полу легче поскользнуться, нежели на обыкновенном. Казалось бы, то же самое должно происходить на льду, т. е. гладкий лёд должен быть более скользок, нежели лёд бугорчатый, шероховатый.
Но если вам случалось везти нагруженные ручные санки через неровную, бугристую ледяную поверхность, вы могли убедиться, что, вопреки ожиданиям, сани проскальзывали по такой -поверхности заметно легче, чем по гладкой. Шероховатый лёд более скользок, чем зеркально-гладкий! Это объясняется тем, что скользкость льда зависит, главным образом, не от гладкости, а от совершенно особой причины: от того, что температура плавления льда понижается при увеличении давления.
Разберём, что происходит, когда мы катаемся в санях или на коньках. Стоя на коньках, мы опираемся на очень маленькую площадь — всего в несколько квадратных миллиметров. И на эту небольшую площадь целиком давит вес нашего тела. Если вы вспомните сказанное в главе второй о давлении, то поймёте, что конькобежец давит на лёд со значительной силой. Под большим давлением лёд тает при пониженной температуре; если, например, лёд имеет температуру —5°, а давление коньков понизило точку плавления льда, попираемого коньками, более чем на 5°, то эти части льда будут таять. Что же получается? Теперь между полозьями коньков и льдом находится тонкий слой воды, — неудивительно, что конькобежец скользит. И как только он переместит ноги в другое место, там произойдёт то же самое. Всюду под ногами конькобежца лёд превращается в тонкий слой воды.
Теперь мы можем вернуться к вопросу, который поставлен в заголовке. Мы знаем, что один и тот же груз давит тем сильнее, чем на меньшую площадь он опирается. В каком же случае человек оказывает на опору большее давление: когда он стоит на зеркально-гладком или на шероховатом льду? Ясно, что во втором случае: ведь здесь он опирается лишь на немногие выступы и бугорки шероховатой поверхности. А чем больше давление на лёд, тем обильнее плавление, и, следовательно, лёд тем более скользок (если только полоз достаточно широк: для узкого полоза коньков, врезающегося в бугорки, это неприложимо — энергия движения расходуется здесь на срезывание бугорков).
Понижением точки таяния льда под значительным давлением объясняется и множество других явлений обыденной жизни. Благодаря этой особенности льда отдельные куски его смерзаются вместе, если их сильно сдавливать. Мальчик, сжимая в руках комья снега при игре в снежки, бессознательно пользуется именно этим свойством ледяных крупинок (снежинок) смерзаться под усиленным давлением, понижающим температуру их таяния. Катая снежный ком для «снежной бабы», мы опять-таки пользуемся указанной особенностью льда: снежинки в местах соприкосновения, в нижней части кома, смерзаются под тяжестью надавливающей на них массы. Вы понимаете теперь, конечно, почему в сильные морозы снег образует рассыпающиеся снежки, а «баба» плохо лепится. Под давлением ног прохожих снег на тротуарах постепенно уплотняется в лёд: снежинки смерзаются в сплошной пласт.
Теоретически можно вычислить, что для понижения точки плавления льда на 1° требуется весьма значительное давление в 130 кг на кв. сантиметр. При этом имеется в виду, что при плавлении и лёд и вода находятся под одинаковым давлением. В описанных же здесь примерах сильному давлению подвергается только лёд, а образующаяся при плавлении вода находится под атмосферным давлением; при этом условии влияние давления на температуру плавления льда значительно больше. Мало того, при аналогичных условиях понижение температуры плавления с увеличением давления имеет место у всех тел, а не только у льда.
Занимательная физика Ч-1 Я.И. Перельман