Павло коренів "слизький". Додаткові матеріали книги "Слизький"

На гладко натертій підлозі легше послизнутися, ніж на звичайному. Здавалося б, те саме має відбуватися на льоду, тобто гладкий лід повинен бути більш слизький, ніж лід горбистий, шорсткий.

Але якщо вам траплялося везти навантажені ручні санки через нерівну, бугристу крижану поверхню, ви могли переконатися, що, всупереч очікуванням, сани прослизали по такій поверхні помітно легше, ніж гладкою. Шорсткий лід слизькіший, ніж дзеркально гладкий!

Це тим, що слизькість льоду залежить переважно від гладкості, як від зовсім особливої ​​причини: від цього, що температура плавлення льоду знижується зі збільшенням тиску.

Розберемо, що відбувається, коли ми катаємось у санях чи на ковзанах. Стоячи на ковзанах, ми спираємося на дуже маленьку площу, всього кілька квадратних міліметрів. І на цю невелику площу цілком давить вага нашого тіла. Якщо ви згадаєте сказане в розділі другий про тиск, то зрозумієте, що ковзанярець тисне на лід зі значною силою. Під великим тиском крига тане при зниженою температурою; якщо, наприклад, лід має температуру - 5°, а тиск ковзанів знизило точку плавлення льоду, що зневажається ковзанами, більш ніж на 5°, то ці частини льоду тануть [Теоретично можна обчислити, що для зниження точки танення льоду на 1° потрібно дуже значний тиск у 130 кг на квадратний сантиметр. Чи роблять сани чи ковзаняр такий величезний тиск на лід? Якщо розподілити вагу саней (або ковзаняра) на поверхню полозів (або ковзанів), то вийдуть числа набагато менші. Це доводить, що до льоду прилягає впритул далеко не вся поверхня полоза, а лише незначна частина її. Що ж виходить?

Тепер між полозами ковзанів і льодом знаходиться тонкий шар води, - не дивно, що ковзаня ковзає. І як тільки він перемістить ноги в інше місце, там станеться те саме. Усюди під ногами ковзаняра крига перетворюється на тонкий шар води. Такими властивостями з усіх існуючих тілмає тільки лід; один радянський фізикназвав його "єдиним слизьким тілом у природі". Інші тіла гладкі, але не слизькі.

[При теоретичному розрахунку передбачається, що з плавленні і лід, і вода перебувають під однаковим тиском. Автор описує приклади, коли вода, що утворюється при плавленні, знаходиться при атмосферному тиску. У цьому випадку потрібно менше тиску для зниження точки танення льоду. - Прим. ред ]

Тепер ми можемо повернутися до питання про те, гладкий або шорсткий лід слизькіший. Ми знаємо, що той самий вантаж тисне тим сильніше, ніж меншу площу він спирається. У якому разі людина робить на опору більший тиск: коли він стоїть на дзеркально гладкому чи на шорсткому льоду? Зрозуміло, що у другому випадку: адже тут він спирається лише на деякі виступи та горбики шорсткої поверхні. А чим більший тискна лід, тим рясніший плавлення і, отже, лід тим більше слизький (якщо тільки полоз досить широкий; для вузького полоза ковзанів, що врізається в горбики, це непридатно - енергія руху витрачається тут на зрізування горбків).

Зниженням точки танення льоду під значним тиском пояснюється і багато інших явищ повсякденному житті. Завдяки цій особливості льоду окремі шматки його змерзають разом, якщо їх сильно здавлювати. Хлопчик, стискаючи в руках груди снігу при грі в сніжки, несвідомо користується саме цією властивістю крижаних крупинок (сніжинок) змерзнутися під посиленим тиском, що знижує температуру їхнього танення. Катаючи снігова куля для “ снігової баби”, ми знову-таки користуємося зазначеною особливістю льоду: сніжинки в місцях зіткнення, в нижній частині кома, змерзаються під вагою маси, що натискає на них. Ви розумієте тепер, звичайно, чому в сильні морози сніг утворює сніжки, що розсипаються, а "баба" погано ліпиться. Під тиском ніг перехожих сніг на тротуарах поступово ущільнюється в кригу: сніжинки змерзають у суцільний пласт.

Завдання про крижаних бурульках

Чи траплялося вам замислюватися над тим, як утворюються крижані бурульки, які ми часто бачимо, що звисають з дахів?
В яку погоду утворилися бурульки: у відлигу чи мороз? Біли у відлигу, то як могла замерзнути вода при температурі вище за нуль? Якщо в мороз, то звідки могла взятися вода на даху?
Ви бачите, що завдання не таке просте, як здається спочатку. Щоб могли утворитися крижані бурульки, потрібно одночасно мати дві температури: для танення - вище нуля і для замерзання - нижче нуля.

Насправді так і є: сніг на схилі даху тане, тому що сонячні промені нагрівають його до температури вище нуля, а краплі води, що стікають, біля краю даху замерзають, тому що тут температура нижче нуля. (Звичайно, ми говоримо не про той випадок утворення бурульок, який обумовлений теплом опалюваного під дахом приміщення.)

Мал. 87. Промені Сонця гріють похилий дах сильніший, ніж горизонтальний земну поверхню
(Числа вказують величину кутів).

Уявіть таку картину. Ясний день; мороз всього 1 - 2 градуси. Сонце заливає все своїми променями; однак ці косі промені не нагрівають землю настільки, щоб сніг міг танути. Але на схил даху, звернений до Сонця, промені падають не порожнього, як на землю, а крутіше, під кутом, ближчим до прямого. Відомо, що освітлення та нагрівання променями тим більше, ніж більший кутстановлять промені з площиною, яку вони падають. (Дія променів пропорційна синусу цього кута; для випадку, зображеного на рис. 87, сніг на даху отримує тепла в 2,5 рази більше, ніж рівна площаснігу на горизонтальній поверхні, тому що синус 60 ° більше синуса 20 ° в 2,5 рази.) Ось чому схил даху нагрівається сильніше і сніг на ньому може танути. Відтала вода стікає і краплями звисає з краю даху. Але під дахом температура нижче нуля, і крапля, що охолоджується ще й випаровуванням, замерзає. На замерзлу краплю натікає така, що також замерзає; потім третя крапля, і т. д.; поступово утворюється маленький крижаний горбок. Іншого разу за такої ж погоди ці крижані напливи ще подовжуються, і в результаті утворюються бурульки, що виростають на зразок вапняних сталактитів у підземних печерах. Так виникають бурульки на дахах сараїв та взагалі неопалюваних приміщень.

Та ж причина викликає на наших очах і грандіозніші явища: адже різниця в кліматичних поясахі пори року обумовлено значною мірою [Але не цілком: інша важлива причинаполягає в неоднаковій тривалості дня, тобто того проміжку часу, протягом якого Сонце зігріває Землю. Обидві причини, втім, обумовлені одним астрономічним фактом: нахилом земної осідо площини звернення Землі навколо Сонця] зміною кута падіння сонячних променів. Сонце від нас взимку майже на такій же відстані, як і влітку; воно однаково віддалено від полюсів та екватора (відмінності у відстані настільки мізерні, що не мають значення). Але нахил сонячних променів до Землі біля екватора більше, ніж в полюсів; влітку цей кут більше, ніж узимку. Це викликає помітні відмінності у температурі дня і, отже, у житті всієї природи.

На гладко натертій підлозі легше послизнутися, ніж на звичайному. Здавалося б, те саме має відбуватися на льоду, тобто. гладкийлід має бути більш слизький, ніж лід горбистий, шорсткий.

Але якщо вам траплялося везти навантажені ручні санки через нерівну, горбисту крижану поверхню, ви могли переконатися, що всупереч очікуванням сани прослизали по такій поверхні помітно легше, ніж по гладкій. Шорсткий лід слизькіший, ніж дзеркально гладкий! Це тим, що слизькість льоду залежить переважно від гладкості, як від зовсім особливої ​​причини: від цього, що температура плавлення льоду знижується зі збільшенням тиску.

Розберемо, що відбувається, коли ми катаємось у санях чи на ковзанах. Стоячи на ковзанах, ми спираємося на дуже маленьку площу, всього кілька квадратних міліметрів. І на цю невелику площу цілком давить вага нашого тіла. Якщо ви згадаєте сказане в розділі другий про тиск, то зрозумієте, що ковзанярець тисне на лід зі значною силою. Під великим тиском крига тане при зниженій температурі; якщо, наприклад, лід має температуру - 5°, а тиск ковзанів знизило точку плавлення льоду, що зневажається ковзанами, більш ніж на 5°, то ці частини льоду тануть [Теоретично можна обчислити, що для зниження точки танення льоду на 1° потрібно дуже значний тиск 130 кг на квадратний сантиметр. Чи роблять сани чи ковзаняр такий величезний тиск на лід? Якщо розподілити вагу саней (або ковзаняра) на поверхню полозів (або ковзанів), то вийдуть числа набагато менші. Це доводить, що до льоду прилягає впритулдалеко не вся поверхня полоз, а лише незначна частина її]. Що ж виходить? Тепер між полозами ковзанів і льодом знаходиться тонкий шар води, - не дивно, що ковзаня ковзає. І як тільки він перемістить ноги в інше місце, там станеться те саме. Усюди під ногами ковзаняра крига перетворюється на тонкий шар води. Такими властивостями з усіх існуючих тіл має лише лід; один радянський фізик назвав його "єдиним слизьким тілом у природі". Інші тіла гладкі, але не слизькі.

[При теоретичному розрахунку передбачається, що з плавленні і лід, і вода перебувають під однаковим тиском. Автор описує приклади, коли вода, що утворюється при плавленні, знаходиться при атмосферному тиску. У цьому випадку потрібно менше тиску для зниження точки танення льоду. - Прим. ред.]

Тепер ми можемо повернутися до питання про те, гладкий або шорсткий лід слизькіший. Ми знаємо, що той самий вантаж тисне тим сильніше, чим на меншу площу він спирається. В якому ж випадку людина чинить на опору більший тиск: коли вона стоїть на дзеркально гладкому чи шорсткому льоду? Зрозуміло, що у другому випадку: адже тут він спирається лише на деякі виступи та горбики шорсткої поверхні. А чим більший тиск на лід, тим рясніший плавлення і, отже, лід тим більше слизький (якщо тільки полоз досить широкий; для вузького полозу ковзанів, що врізається в горбики, це непридатно - енергія руху витрачається тут на зрізування горбків).

Зниженням точки танення льоду під значним тиском пояснюється і багато інших явищ повсякденного життя. Завдяки цій особливості льоду окремі шматки його змерзають разом, якщо їх сильно здавлювати. Хлопчик, стискаючи в руках груди снігу при грі в сніжки, несвідомо користується саме цією властивістю крижаних крупинок (сніжинок) змерзнутися під посиленим тиском, що знижує температуру їхнього танення. Катаючи сніговий ком для "снігової баби", ми знову-таки користуємося зазначеною особливістю льоду: сніжинки в місцях зіткнення, в нижній частині кома, змерзаються під вагою маси, що натискає на них. Ви розумієте тепер, звичайно, чому в сильні морози сніг утворює сніжки, що розсипаються, а "баба" погано ліпиться. Під тиском ніг перехожих сніг на тротуарах поступово ущільнюється в кригу: сніжинки змерзають у суцільний пласт.

Росія - це країна, у будь-якій точці якої температура взимку може опуститися нижче за нуль. Це означає, що всі, хто живе тут, не з чуток знають про те, що по льоду ходити потрібно обережно - щоб не послизнутись і не шльопнутись на п'яту точку. Це в найкращому випадку. Найгіршими займається травматологія, і, повірте, взимку там не нудьгують.

Вчені сходяться на думці, що слизькість викликається дуже тонким шаром води на поверхні льоду. Однак вони не можуть дійти консенсусу щодо того, чому він там утворюється. Більшість твердих матеріалівцей шар відсутня, але лід не є типовим представником цього класу речовин. У зв'язку з цим вчені розглядають варіанти, пов'язані з тиском, тертям і особливими способами взаємодії молекул.

Традиційно вважалося, що для того, щоб розтопити верхню кромку льоду, на неї треба трохи натиснути.

Це добре ілюструється за допомогою ковзанів і може пояснюватись однією дивною властивістю H2O — лід не такий щільний, як рідка вода. Коли ви чините тиск на лід - наприклад, лезом ковзана - система взаємодії прагне знизити тиск, зменшивши обсяг. Так як вода компактніша, ніж лід, її точка плавлення опускається, утворюється рідина, по якій, власне, і ковзає лезо. Після того як власник спортінвентаря, що верещать від захоплення проїде, вода знову перетворюється на лід.

Все начебто дуже логічно, проте питання, проте, залишаються. Навіть для більш важкого ковзаняра точка плавлення опускається всього на кілька градусів, і це означає, що дуже холодний лід повинен залишатися замороженим завжди. Крім того, люди, які ходять по льоду в нормальному взутті і створюють набагато менший тиск на нього, все одно ковзаються. Так що існує й інша можливість - тертя взуття по льоду створює достатньо тепла, щоб розплавити його. Це справді правда, але ж лід не перестає бути слизьким, якщо стояти на ньому нерухомо? Тож це пояснення також відповідає не на всі питання.

Є третя гіпотеза, заснована на спостереженнях Майкла Фарадея. Він притис два шматочки льоду і помітив, що вони злиплися один з одним. Це дозволило йому дійти невтішного висновку, що рідкі прошарки лежить на поверхні цих шматків перестали бути такими і стали твердим льодомколи втратили контакт з повітрям. Завдяки цьому вже сучасні вчені висунули ідею про поверхневе танення - можливо, молекули води рухаються на оболонці вільніше, тому що ніщо не притискає їх зверху. Через меншу стабільність вони мають енергію, достатню для створення рідкого прошарку навіть при негативній температурі. Тобто фізика свідчить, що поверхня льоду слизька, тому що лід слизький за своєю природою.

Жодна з описаних гіпотез не доведена і не спростована повністю, тому можна припускати, що остаточне пояснення, яке, безсумнівно, буде колись отримано, є якоюсь їх комбінацією. А поки давайте пам'ятати, що лід — це не тільки травмпункти та відбиті м'які тканини, а й безліч чудових видів спорту, веселощів та богатирське здоров'я. Зима - чудова пора року, радійте їй. І бережіть себе.

Всім дітям, безперечно, подобається лід, який взимку дарує стільки радості. Катання з гірки, на ковзанах – краса! Звідки ж з'являється крига? Де льоду найбільше? Чому крига слизька і чому крижини плавають? Чи можна побачити кригу влітку? На всі ці та інші питання відповість наша розповідь про кригу.

У природі крига зустрічається там, де холодно. І це недарма. Виявляється, що таке відома речовина, як вода, при охолодженні до певної температури твердне і перетворюється на лід. Отже, лід – це замерзла вода. Коли настає зима, поверхня річок та озер покривається льодом.

Чому крига не тоне у воді?
Чому ми спостерігаємо лід саме на поверхні води, а не десь у глибині? Причина в тому, що щільність льоду менша, ніж у води. За рахунок меншої щільності лід легший за воду і плаває на її поверхні.

Зміна щільності під час перетворення води на лід породжує цікаві ефекти. Наприклад, скляну пляшку з водою, виставлену на мороз, розриває на частини, коли вода у пляшці перетворюється на лід. Тому слід бути обережним під час охолодження напоїв на морозі.

Чому лід слизький?
А чому ж крига слизька? На це запитання знають відповідь вчені-фізики. Вони пояснюють, що при тиску на поверхню льоду (коли ми наступаємо на лід ногою або котимося по ньому на ковзанах) крига трохи плавиться і виникає тонка водяна плівка, яка забезпечує ковзання.

Властивість льоду – слизькість дуже подобається всім дітям. Як здорово взимку скотитися з високою крижаної гірки, покататися на ковзанці на фігурних ковзанах або пограти в хокей!

Чи завжди тане лід?
У нашій свідомості крига нерозривно пов'язана з зимою. А чи є місця на нашій планеті Земля, де крига не тане ніколи? Так, такі місця є. Це льодовики, що знаходяться на вершинах високих гірі в полярних областях Землі - в Арктиці та в Антарктиді. Причому найбільші запаси льоду накопичені саме у льодовиках Антарктиди, де товщина льоду подекуди сягає чотирьох кілометрів!

Льодовики, що стикаються з океаном, народжують айсберги. Айсберг - це частина льодовика, що відкололася від нього і вільно плаває в океані. Айсберги становлять певну небезпеку для мореплавців.

Практичне використання льоду
Здатність льоду накопичувати холод люди давно навчилися використовувати в практичних цілях. Ще в давні часи вони влаштовували штучні льодовики для зберігання продуктів, що швидко псуються. Такий льодовик був дерев'яний зруб, вкопаний у землю і накритий товстим шаром землі і дерну. Підземне приміщення, що вийшло, взимку наповнювали льодом, який не танув навіть влітку.

Що таке місто?
А чи може крига утворитися влітку? Так, таке можливо, якщо у дуже спекотний день вологі повітряні масипіднімуться на висоту вище 2,5 кілометрів, де температура повітря нижча за точку замерзання води. У таких умовах водяні краплі замерзають і тоді на землю випадає град – крижинки круглої або неправильної формирозміром від горошини до яйця голуби. Іноді градини бувають і більшого розміру. Град може становити небезпеку для людей, техніки, природи.

Вперше, коли ви наступаєте на льодову ковзанку, ви робите це боязко побоюючись падіння. Але що робить лід настільки слизьким? Цікаво, що вчені відповідають.

Фізики вірили, що лід слизький через вплив сили тіла. Цей тиск, який вони теоретизують, підвищує температуру плавлення верхнього шару льоду.

Коли людина катається на льоду, під тиском, викликаним металевим лезом ковзанів, тане лід. Цей тонкий шар води дозволяє ковзану плавно ковзати по поверхні. Після проходження льоду колія знову замерзає.

Однак більшість учених стверджують, що ця теорія є хибною. Лід – загадкове тіло, каже Роберт М. Розенберг, професор хімії в Університеті Лоуренса.

Дослідники виявили, що тиск, який знижує температуру плавлення льоду, становить лише невелике підвищення градуса. Натомість вони запропонували, що тертя ковзана змушує лід танути під ним.

Інші вважають, що лід природно має шар рідини, що складається з нестабільних. Хоча ці молекули прагнуть стабільності, вони хаотично рухаються льодом і створюють слизький шар.

Чому гаряча вода замерзає швидше?

Команда дослідників з Технологічного університетуНаньян у Сінгапурі вважає це гарною таємницею чому гаряча водазамерзає швидше за холодну. Це явище, яке здається абсолютно нелогічним, вже було помічено Аристотелем. Він розповідав, що деякі мешканці нинішньої Туреччинирозпорошували дошки своїх парканів гарячою водоюна які не можна було влізти, бо в такий спосіб вони замерзали швидше.

Однак до 70-х років він отримав назву, ефект Мемби. Ерасто Б. Мемба, який зрозумів у школі, що гаряча суміш для морозива замерзає швидше.

Але до цього часу вченим не вдалося знайти задовільного пояснення. На їхню думку, справа пов'язана з тим, як енергія зберігається у водневих зв'язках між молекулами води.

Як відомо, молекули води мають один атом кисню та два атоми водню, всі вони пов'язані ковалентними зв'язками(Обмін електронами).

У молекулах води атоми водню також притягуються до атомів кисню інших сусідніх молекулах води. Це називається водневим зв'язком. Але водночас молекули води загалом відштовхуються одна від одної.

Автори дослідження зазначають, що чим більше водинагрівається, тим більша відстаньміж молекулами обумовлено силою відштовхування з-поміж них. Це змушує молекули водню розтягуватися, тому енергія зберігається. Ця енергія, на думку дослідників, вивільняється, коли вода охолоджується, дозволяючи молекулам зблизитись.

Гаряча вода має Велика кількістьводневих зв'язків, ніж холодна вода. Тому вона зберігає більше енергії і більше виділяється при дії температури нижче нуля. Ось чому, кажуть дослідники, вона замерзає швидше за холодну воду.