冰刀：冰场上翩飞的蝴蝶

　　在丰富多彩的比赛项目中，滑冰无疑是深受人们喜爱的一种。它结合了体育、音乐、舞蹈等元素，通过丰富多彩的比赛形式，将力与美、速度与激情同时呈现给人们，让人们的心也随着运动员们翩飞的脚尖不断起起伏伏，充分融入进来。

　　在所有的各类滑冰运动中，运动员们脚下的“冰刀”无疑是帮助他们制胜的法宝。冰刀真的是刀吗？滑冰鞋上为什么要装冰刀呢？

　　滑冰

冰刀的演变史

　　滑冰这项运动有着很古老的历史。最初的滑冰鞋上的冰刀是用兽骨做成的。到了13世纪时，滑冰这项运动开始在全世界范围内传播开来。当时的荷兰人发明了一种木制滑冰鞋，下面安装的冰刀则以铁制成。16世纪70年代，苏格兰人对这一发明进行了改进，改为全部采用铁质材料。由此，不仅滑冰的速度大大提高，冰鞋的灵活性也更高，有助于各类滑冰动作的展开。

　　随后，冰刀经历了钢制等材料的历程。发展到今天，冰刀大多为全金属制成或者金属与塑料合制。

　　当滑冰运动员以优美地身姿轻盈地踏过冰面时，背后总会留下一道长长的弧线。因此，很多人会有此疑问：冰刀是不是一把“刀”呢？

　　冰刀鞋

冰刀是刀吗？

　　实际上，冰刀不是“刀”，它的刃部并非像平常的锋刃一样薄。恰恰相反，冰刀背部和刃部的厚度是一样的，而并非人们想象当中的一边厚一边薄。因此，当人们踩在冰刀上时，能够感觉到脚与冰面有着一定面积的接触面，这能让他们站得比较稳。如果冰刀过窄，人们反而是不容易在冰面上保持平衡的。

　　当我们穿着普通鞋子在地面上走时，靠着脚步与地面产生的摩擦力，我们才能够一直朝前走去。因此，普通鞋子底部往往都设置了花纹等防滑因素，从而加大脚步与地面的摩擦力。冰刀恰恰相反。当人们在冰面上滑行时，为了滑行的速度更快、滑行得更稳，就需要鞋子既光滑又平稳，因此，鞋底与冰面之间的摩擦力必须达到最小。冰刀就是最合适的选择。因为即便是最长、最厚的冰刀，与冰面的接触面积也被控制在10平方厘米以下，所以，冰刀与冰面的摩擦力非常小，能够帮助人们在冰面上顺畅地滑行。

　　水膜的三种形成原因

　　我们知道，当两个固体相接触时会产生很大的摩擦力，因此，人们会在两个固体接触的中间部位加入一些液体，比如润滑油、机油等，就是为了减少这种摩擦力的。因此，有人或许会产生这样的疑问：冰刀是固体、冰面也是固体。为什么两个固体之间在高速滑行的情况下，摩擦力依然非常小呢？

　　有一种理论认为，当人们穿上冰刀在冰面上滑行时，人们的重力高度集中于冰刀这个很小的面积上，因此冰刀对冰面产生了很大的压强。这种压强会使得冰刀下面的冰的熔点降低很多。因此，冰刀接触到的冰能迅速融化成水，水使得冰刀与冰面的摩擦力大大降低，从而提高了滑行速度。

　　还有一种理论认为，当人们在冰面上快速滑动时，冰刀与冰面迅速摩擦。这种强大、快速的摩擦力，会为冰刀接触到的冰面加热，从而使得冰刀下面的冰迅速融化，继而降低了两者间的摩擦力。

　　花样滑冰

　　实际上，上面两种理论所基于的观点是一样的，那就是冰面的融化。通过将固态的冰转变为液态的水，使得冰面与冰刀的摩擦力降低。但是我们知道，当温度降至-22℃时，无论如何冰都不可能融化成水，不管是压力增大、还是摩擦起热，都不可能实现。然而现实生活中，我们依然能够看到在零下-30℃的冰面上，人们依然可以穿着冰刀在冰面上自由滑行，并没有因为冰刀下面的冰没有融化就无法自由滑冰了。这又是什么原因呢？

　　原来，科学家们通过研究后发现，冰的表面有一层特殊物质，叫作“液状膜”，这种液状膜也叫作水膜，顾名思义，就是像水一样的薄薄一层覆盖在冰上。任何自然状态下的冰，其表面都有这样一层水状膜，就好像冰的表面融化成水一样。因此，科学家们把这种现象称为“表面融化”。一般而言，在-35℃以内的冰，其表面液状膜的厚度约为10纳米。当温度越来越高、越来越接近冰的熔点时，这种液状膜的厚度也就相应地越来越厚。而且，如果冰里头存在杂质的话，液状膜的厚度也会受到影响。比如，如果冰里加了一些盐，那么液状膜就会变厚。

　　2004年，两位来自日本的科学家们对液状膜进行了一项专门的研究，以查明液状膜形成的原因。他们发现，当水凝固成冰之后，冰里头的每一个水分子相互之间都产生一种作用力，从而使得它们均衡地向四面八方受力，最终形成一个个结构稳定、规则的晶格。但是位于最表面的水分子，由于最外一侧没有相邻分子，导致它们受力不均衡，因此很难形成稳定、规则的晶格形态，而是不定型的。这就是液状膜。

　　根据以上分析，我们就能够得出结论，冰刀下面的水膜之所以存在实际上有着三种不同的原因，分别为高压、摩擦、冰本身自有的液状膜。而且在不同环境下，这三个原因对于水膜形成的贡献也不相同。当温度即将达到冰的熔点也就是零度时，高压对于水膜的形成作用最大；当温度极低、离熔点非常远，比如-25℃时，摩擦加热更有助于冰面的融化；当温度离熔点既有一段距离且变化不大时，液状膜才是起到最大作用的因素。也正是因为液状膜的存在，极寒地区的人们才能够自在、快乐地滑冰。

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　　作者： 王 慧