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用新的方法揭开谜底:冰块为什么滑溜溜?

发表时间:2023/01/16 18:59:47  来源:cnBeta  浏览次数:1979  
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由马德里康普顿斯大学领导的一个国际研究小组利用计算机模拟,在原子水平上研究了在冰上滑动的固体的运动。该模拟证实了在冰的表面存在一个自我润滑层。根据马德里康普顿斯大学(UCM)领导的国际研究,当与固体物体接触时,冰的表面会融化并产生一个自我维持的润滑层。这种润滑层使冰更滑,因此更有可能导致涉及滑冰或交通事故。

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上,它涉及使用计算机模拟来分析固体物体在冰面上的原子级运动。

UCM物理化学系的研究员Luis González MacDowell强调说:"我们对冰分子如何集体组织以使其具有特殊的润滑能力的分析为我们提供了对这一过程的特殊见解,而这是通过常规实验无法实现的,因为对厚度为十亿分之一米的润滑层进行实验观察是非常困难的。"

冰的湿滑特性在某些情况下被用于休闲目的(如滑冰),而在其他情况下则被作为一种运输手段。该专家表示:"了解冰的这一广为人知的特性的来源非常重要,这既是为了提高奥运选手的成绩,也是为了确保冬季的车辆安全。"

除了UCM,这项研究还涉及马德里自治大学(UAM)和波兰卢布林的玛丽-居里-斯克沃多夫斯卡大学(MCSU)。

科学家们花了两个世纪的时间来研究为什么冰是滑的,以及是什么导致在冰上形成液体层。几十年来,包括迈克尔-法拉第、詹姆斯-汤姆森、奥斯本-雷诺兹和菲利普-布劳登在内的人物都提出了不同的假设。

然而,这项研究已经证明,它们的假设实际上都是相互兼容的,并且同时运作。UCM的化学家指出:"事实上我们发现,冰的滑性的关键原则是法拉第提出的表面融化现象;压力引起的逐渐融化,让人想起汤姆森的假说,以及鲍登提出的摩擦引起的融化。"

这些因素的结合使冰的表面有一个特殊的自我修复的润滑层。随着压力的增加,润滑所需的液体从对立面之间被排出,使它们直接接触。在冰的低温作用下,勒沙特列原理发挥作用,当润滑层被压力驱走时,冰本身会融化并修复表面的损失,MCSU的研究人员Lukasz Baran表示,他在UCM的六个月实习期间研究了该模拟技术。

除了防止体育和交通事故之外,这项研究的结果还可以应用于设计其他系统中更好的润滑剂。

"重要的是要记住,全世界产生的能量有一半以上是通过摩擦损失的。改进润滑过程将意味着在燃料、金钱和环境影响方面的巨大节约,"墨西哥国立自治大学尼古拉斯-卡布雷拉研究所的研究员巴勃罗-伦巴特总结道。

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