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速度滑冰是冬奧會*激動人心的比賽項目之一，運(yùn)動員腳蹬冰刀在光滑如鏡的冰面上風(fēng)馳電掣，真是刺激又過癮。你知道嗎？短道速滑男子500米的世界紀(jì)錄是由中國選手保持的，2018年武大靖在平昌冬奧會上以39秒584的成績奪魁，平均速度達(dá)到12.63米/秒（45.47公里/小時），比博爾特10.438米/秒的100米跑紀(jì)錄高出一截。

武大靖一騎絕塵奪冠

為什么滑冰運(yùn)動員能這么快？這一方面取決于他們強(qiáng)壯的身體與**的技術(shù)，同時也跟他們腳下那一對冰刀有關(guān)。

我們聽到過一種說法：速滑選手用的冰刀非常鋒利，冰刀與冰面接觸面積小、壓強(qiáng)大，刀鋒與冰之間產(chǎn)生水膜，于是阻力降到*小。奧運(yùn)選手的冰刀究竟有多鋒利？大多數(shù)人都沒真實(shí)見過，有人說你能拿它來切肉！

速度滑冰冰刀很鋒利嗎？

真是這樣嗎？并不完全對。

學(xué)過中學(xué)物理的朋友大多還記得鋼鐵與冰之間的摩擦系數(shù)在0.027~0.014之間，但冰為什么滑，科學(xué)界卻一直有不同的理解。

有人認(rèn)為對冰面施加壓力會導(dǎo)致冰的熔點(diǎn)降低，實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)冰面的壓強(qiáng)達(dá)4.72×10^7 Pa時，冰的熔點(diǎn)可以降低到-3.5 ℃，問題在于絕大多數(shù)速度滑冰運(yùn)動員對冰面的壓強(qiáng)都小于9.8×10^5 Pa，依據(jù)克拉佩龍方程，運(yùn)動員*多只能使冰刀接觸面的關(guān)溫度上升0.07 ℃，北京冬奧會國家速滑館冰面的溫度在-6 ℃~-10.5 ℃之間，冰刀產(chǎn)生的壓力不足以使冰面熔融。

國家速滑館冰面的溫度大約為-6 ℃

當(dāng)冰刀與冰面快速摩擦，由之產(chǎn)生的熱能會不會因?yàn)榧訜岜娑a(chǎn)生水膜呢？

有科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)和計算得出結(jié)論，當(dāng)一名體重60公斤的運(yùn)動員穿著寬度為1.5毫米的冰刀在冰面高速滑行時，其摩擦熱產(chǎn)生的水膜遠(yuǎn)小于23微米，這么薄的水層不足以讓冰變得更滑。

另一種相對更合理卻又突破大家想象力的解釋是：冰的表面原本就有一層水，只要冰的溫度高于-36 ℃，它的*表層就天然存在水膜，水膜的厚度在1~100納米之間，也就是幾十到上千層水分子的厚度。1987年的核磁共振實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)-20 ℃~0 ℃之間冰的表面存在一個介于液態(tài)水與冰之間形態(tài)的薄層，其水分子的轉(zhuǎn)動頻率是冰的10萬倍，是水的1/25。

近年來中國科學(xué)家在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出一個新模型：-36 ℃以上的冰從內(nèi)到外由結(jié)晶冰層、無定形冰晶層、冰水混合物層和液態(tài)水層共4層構(gòu)成，這才是冰滑的真正原因。

當(dāng)冰刀在冰面滑動時，冰表面類似于凝膠狀態(tài)的冰水混合物層被壓實(shí)，混合物里的水因“離漿現(xiàn)象”析出，過渡層中的冰粒沿著冰刀運(yùn)動的方向滾動，下方被壓實(shí)的部分填補(bǔ)了結(jié)晶冰層的缺陷，使得冰刀運(yùn)動更加順滑。

**速度滑冰選手腳下冰刀的厚度大約為1.1毫米，冰刀與冰的接觸面不會像切菜刀那樣“開刃”，而是保證兩面90°直角。

相信你不會愿意拿速度滑冰的冰刀來切肉，這就跟你用菜刀的刀背切肉一樣，相當(dāng)累人。

速度滑冰鞋與其它冰鞋不同

與速度滑冰不同，花樣滑冰和冰球運(yùn)動員穿的冰鞋更加結(jié)實(shí)，刀刃厚度通常超過3.5毫米。因?yàn)檫@兩項運(yùn)動都要求運(yùn)動員做各種復(fù)雜的動作，突然起動停止、強(qiáng)烈的沖擊以及高速旋轉(zhuǎn)需要刀片承受更大的橫向作用力和扭曲，刀刃太薄容易折斷。

花樣滑冰和冰球運(yùn)動員不要求太高的滑行速度，相反，他們時常需要利用摩擦阻力來改變運(yùn)動姿態(tài)，所以他們的冰刀中間會被打磨出一個圓弧形凹槽，以在兩邊形成尖銳的刀刃。

當(dāng)冰球運(yùn)動員急停轉(zhuǎn)身時，冰刀側(cè)面猛力蹬冰，刀刃穿過無定形冰層切入到更加堅硬的結(jié)晶冰層里，從而獲得更大的阻力。

花樣滑冰的冰刀前端有一些鋸齒，這主要是方便運(yùn)動員以腳尖為支點(diǎn)高速旋轉(zhuǎn)，它的刀刃角度也比速滑冰鞋更小更鋒利，我們能用花滑冰鞋來切菜嗎？

如果你是一個花滑迷，一定會注意到這樣的鏡頭：女運(yùn)動員將冰刀踩在男選手的大腿上，兩人忘情地翩翩起舞，而男選手并沒有受傷。

盡管花滑冰刀的刀刃比較鋒利，但由于冰刀比較厚，女運(yùn)動員的體重相對較輕，踩到腿上的壓強(qiáng)小，男選手還算吃得消。

花滑冰刀底部有凹槽

短道速滑運(yùn)動員在出發(fā)線時需要降低身體重心，一只腳保持向前，另一只腳要將冰刀橫過來，保證用*長的刀刃來蹬冰；發(fā)令槍響，運(yùn)動員全力蹬冰向前，刀刃平推冰面，另一只腳則在冰面以*小的摩擦阻力滑行，如此反復(fù)交替；進(jìn)入彎道時，運(yùn)動員需要將身體盡量向內(nèi)側(cè)傾斜，兩個冰刀輪番提供向心力，避免選手滑出賽道；到了直道再次蹬冰加速。

速滑運(yùn)動員需要經(jīng)常打磨冰刀，運(yùn)動隊通常配備專業(yè)的鞋匠來保證冰刀底面比鏡子還光滑，兩側(cè)90°刀刃一點(diǎn)兒毛刺都不能有，一切都為了蹬冰的力度*大、在冰面的滑動阻力*小。

這樣的冰刀切不動肉，但它的危險性一點(diǎn)都不低。滑冰選手的速度是如此之快，一旦他們摔出賽道，1.1毫米厚的刀片能在強(qiáng)大沖擊力下瞬間切開皮膚，割斷血管和肌腱，給運(yùn)動員造成巨大創(chuàng)傷。因此速度滑冰（特別是短道速滑）有非常嚴(yán)厲的規(guī)則，比賽服裝具有一定的防切割作用，運(yùn)動員也會格外注意不要讓自己摔倒以避免受傷。