Вопрос про силу трения

Сообщение №22383 от OldMan 28 июня 2003 г. 18:29
Тема: Вопрос про силу трения

Уважаемые физики и просто умные люди, помогите разрешить спор, возникший между мной и моими друзьями. Спор возник на катке и суть его в следующем: они убеждены, что при заточке коньков скорость увеличивается за счёт уменьшения поверхности соприкосновения. И все мои доводы и ссылки на книги и учебники не помогают. Говорят, что не учитывается фазовый переход льда в воду, который якобы под более острым коньком из-за увеличения давления на поверхность происходит быстрее. Воды образуется больше и трение уменьшается. Самое интересное, что эту теорию высказал кандидат физ.мат. наук. Подскажите, пожалуйста, правильное решение этого затянувшегося спора.


Отклики на это сообщение:

> Спор возник на катке и суть его в следующем: они убеждены, что при заточке коньков скорость увеличивается за счёт уменьшения поверхности соприкосновения. И все мои доводы и ссылки на книги и учебники не помогают. Говорят, что не учитывается фазовый переход льда в воду, который якобы под более острым коньком из-за увеличения давления на поверхность происходит быстрее. Воды образуется больше и трение уменьшается. Самое интересное, что эту теорию высказал кандидат физ.мат. наук. Подскажите, пожалуйста, правильное решение этого затянувшегося спора.

Заточенные коньки создают сильное давление на лёд. Под действием этого давления уменьшается температура таяния льда (ур-ие Клапейрона-Клазиуса) и под лезвием конька образуется слой воды, который служит смазкой, уменьшающей силу трения.


Kon'ki zatachivajut dla uvelichenija trenija v poperechnom napravlenii (ostraja kromka kuda kak luchshe derjit kon'kobejtsa na krutyx povorotax chem stertaja).

O roli davlenija. Davlenie ne plavit led a naoborot - delaet ego krepche (temperatura plavlenija povyshaetsa), chto bylo dokazano eksperimental'no eshe Woodom let 150 nazad.


> O roli davlenija. Davlenie ne plavit led a naoborot - delaet ego krepche (temperatura plavlenija povyshaetsa), chto bylo dokazano eksperimental'no eshe
Woodom let 150 nazad.

Все наоборот. Лед плавится под давлением.
Скажите, а почему вы не пользуетесь перекодировщиком, как вам советовал модератор?


> > Спор возник на катке и суть его в следующем: они убеждены, что при заточке коньков скорость увеличивается за счёт уменьшения поверхности соприкосновения. И все мои доводы и ссылки на книги и учебники не помогают. Говорят, что не учитывается фазовый переход льда в воду, который якобы под более острым коньком из-за увеличения давления на поверхность происходит быстрее. Воды образуется больше и трение уменьшается. Самое интересное, что эту теорию высказал кандидат физ.мат. наук. Подскажите, пожалуйста, правильное решение этого затянувшегося спора.

> Заточенные коньки создают сильное давление на лёд. Под действием этого давления уменьшается температура таяния льда (ур-ие Клапейрона-Клазиуса) и под лезвием конька образуется слой воды, который служит смазкой, уменьшающей силу трения.

Только давления достаточно для образования пленки воды и для тупых коньков.
Если бы пленка не образовывалась, то на тупых коньках вообше невозможно было бы кататья. Трение было бы очень велико.

Затачивают для того, чтобы коньки не проскальзывали вбок. Если ноги проскальзывают, это отнимает много лишних сил. Аналогично -- труднее бежить по песку, чем по твердой поверхности. Хорошо заточенными коньками отталкиваться легче.


> O roli davlenija. Davlenie ne plavit led a naoborot - delaet ego krepche (temperatura plavlenija povyshaetsa), chto bylo dokazano eksperimental'no eshe Woodom let 150 nazad.

Есть такой красивый эксперимент: берут брусок льда, кладут его на две опоры, накидывают проволочную петлю с грузом. Через несколько десятков минут проволка проходит сквозь брусок и падает на пол, а брусок остаётся целым. Дело в том, что под проволкой лёд плавится, с сверху снова застывает. Зная теплопроводность проволки легко рассчитать скорость её прохождения через брусок.


Спасибо вам за отзывы, но как мне кажется давлением в данном случае можно пренебречь. Так как вода образуется даже под тупым коньком, не думаю что под острым её образуется намного больше. Я придумал пример в подтверждение своей теории: Конькобежец едет на двух коньках с постоянной скоростью, потом поднимает один конёк, по их теории трение должно немедленно уменьшиться, но тогда получается катится станет значительно легче, чего по моим собственным наблюдением не происходит. Мой друг сказал, что на одном коньке дальше укатишься, с чем я не согласен.
И потом сама жизнь "диктует" толщину коньков, если бы скорость была в прямопропорциональной зависимости от площади конька то их стачивали бы до бритвенного лезвия (хотя бы в профессиональном спорте). Что вы думаете по этому поводу?


Спасибо вам за отзывы, но как мне кажется давлением в данном случае можно пренебречь. Так как вода образуется даже под тупым коньком, не думаю что под острым её образуется намного больше. Я придумал пример в подтверждение своей теории: Конькобежец едет на двух коньках с постоянной скоростью, потом поднимает один конёк, по их теории трение должно немедленно уменьшиться, но тогда получается катится станет значительно легче, чего по моим собственным наблюдением не происходит. Мой друг сказал, что на одном коньке дальше укатишься, с чем я не согласен.
И потом сама жизнь "диктует" толщину коньков, если бы скорость была в прямопропорциональной зависимости от площади конька то их стачивали бы до бритвенного лезвия (хотя бы в профессиональном спорте). Что вы думаете по этому поводу?


И ещё хотел сказать что при повышении давления температура плавления также повышается. Молекулам нужна большая температура для разрыва кристаллической решетки! Пример, хоть не про плавление но показательный: Альпинисты не могут есть вареное потому что на большой высоте при пониженом давлении вода закипает при даже при 70гр.С. В гермитичном автоклаве, где стериализуют инструменты, вода не кипит даже при 200гр.С.
Так что мешает оно (давление) вашим теориям :)


> И ещё хотел сказать что при повышении давления температура плавления также повышается. Молекулам нужна большая температура для разрыва кристаллической решетки! Пример, хоть не про плавление но показательный: Альпинисты не могут есть вареное потому что на большой высоте при пониженом давлении вода закипает при даже при 70гр.С. В гермитичном автоклаве, где стериализуют инструменты, вода не кипит даже при 200гр.С.
> Так что мешает оно (давление) вашим теориям :)

Это не наши теории :) Это известное свойство воды: при повышении давления температура плавления повышается. Это уникальное свойство воды. Вода при замерзании расширяется. У всех других веществ наоборот.


> > И ещё хотел сказать что при повышении давления температура плавления также повышается. Молекулам нужна большая температура для разрыва кристаллической решетки! Пример, хоть не про плавление но показательный: Альпинисты не могут есть вареное потому что на большой высоте при пониженом давлении вода закипает при даже при 70гр.С. В гермитичном автоклаве, где стериализуют инструменты, вода не кипит даже при 200гр.С.
> > Так что мешает оно (давление) вашим теориям :)

> Это не наши теории :) Это известное свойство воды: при повышении давления температура плавления повышается. Это уникальное свойство воды. Вода при замерзании расширяется. У всех других веществ наоборот.

"Таблицы физических величин" Атомиздат, 1976 г. c. 186
H20, вода, плавление
P, атм t град С
610 -5.0
1000 -88
1590 -15
2000 -20.15
3000 -18.40
4510 -10
8000 +12.8


> > > И ещё хотел сказать что при повышении давления температура плавления также повышается. Молекулам нужна большая температура для разрыва кристаллической решетки! Пример, хоть не про плавление но показательный: Альпинисты не могут есть вареное потому что на большой высоте при пониженом давлении вода закипает при даже при 70гр.С. В гермитичном автоклаве, где стериализуют инструменты, вода не кипит даже при 200гр.С.
> > > Так что мешает оно (давление) вашим теориям :)

> > Это не наши теории :) Это известное свойство воды: при повышении давления температура плавления повышается. Это уникальное свойство воды. Вода при замерзании расширяется. У всех других веществ наоборот.

> "Таблицы физических величин" Атомиздат, 1976 г. c. 186
> H20, вода, плавление
> P, атм t град С
> 610 -5.0
> 1000 -88
> 1590 -15
> 2000 -20.15
> 3000 -18.40
> 4510 -10
> 8000 +12.8

Эка сложно она себя ведет! До 1000 атмосфер температура плавления падает, а при больших начинает повышаться. Но тоже немонотонно. Удивительная вещь. У всех остальных веществ в таблицах все монотонно.

ТОлько я не понял, в этой таблице (дальше) у воды имеется аж 3 тройные точки, причем при разных температурах. Это как-то расходится с моими представлениями о тройных точках:
P,атм t,C
2115 -22,0
3530 -17,0
6380 0,16
последняя в таблице повторяется 2 раза.
Вы понимаете, в чем дело?


> ТОлько я не понял, в этой таблице (дальше) у воды имеется аж 3 тройные точки, причем при разных температурах. Это как-то расходится с моими представлениями о тройных точках:
> P,атм t,C
> 2115 -22,0
> 3530 -17,0
> 6380 0,16
> последняя в таблице повторяется 2 раза.
> Вы понимаете, в чем дело?

Тройная точка - это точка равновесия трех фаз. Очевидно (хотя рисунка Вы не привели, поэтому сложно утверждать категорично), что речь идет о разных фазовых состояниях льда и точках их равновесия. Многие вещества имеют различные фазовые формы в твердом состоянии.

Широко известно про оловянную чуму: при низких температурах олово перекристаллизуется, и в результате уменьшения фазового объема растрескивается, рассыпаясь в порошок. Причем высокотемпературная фаза метастабильна и может существовать очень долго при низких температурах. Но стоит при этом бросить на кусок олова крупинку стабильной фазы (как затравку кристаллизации), то весь кусок на глазах рассыпается. Поэтому это явление и получило свое звучное название.


> > ТОлько я не понял, в этой таблице (дальше) у воды имеется аж 3 тройные точки, причем при разных температурах. Это как-то расходится с моими представлениями о тройных точках:
> > P,атм t,C
> > 2115 -22,0
> > 3530 -17,0
> > 6380 0,16
> > последняя в таблице повторяется 2 раза.

> Тройная точка - это точка равновесия трех фаз. Очевидно (хотя рисунка Вы не привели, поэтому сложно утверждать категорично), что речь идет о разных фазовых состояниях льда и точках их равновесия. Многие вещества имеют различные фазовые формы в твердом состоянии.

Точно! У льда несколько кристаллических модификаций. Графика у Кикоина нету. Судя по всему, последняя точка при 0.16С это тройная точка льда-9, воды и пара.
(Колыбель для кошки)


> > И ещё хотел сказать что при повышении давления температура плавления также повышается. Молекулам нужна большая температура для разрыва кристаллической решетки! Пример, хоть не про плавление но показательный: Альпинисты не могут есть вареное потому что на большой высоте при пониженом давлении вода закипает при даже при 70гр.С. В гермитичном автоклаве, где стериализуют инструменты, вода не кипит даже при 200гр.С.
> > Так что мешает оно (давление) вашим теориям :)

> Это не наши теории :) Это известное свойство воды: при повышении давления температура плавления повышается. Это уникальное свойство воды. Вода при замерзании расширяется. У всех других веществ наоборот.

Да и у воды наоборот:). См, напр.
формула (28):

"...Это означает, что увеличение давления на 134 атм понижает температуру плавления льда на один градус.
Таким образом, температура плавления льда понижается с ростом давления. Этим лед отличается от большинства других веществ, температура плавления которых повышается с увеличением давления. Аномальное поведение льда связано с тем, что его плотность меньше плотности воды. Для большинства же других веществ, наоборот, твердое тело плотнее жидкости."

Или здесь
2. Физические свойства воды:

"В связи с тем, что при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, давление понижает температуру плавления льда. Эта вытекает из принципа Ле Шателье. Действительно, пусть. лед и жидкая вода находятся в равновесии при О°С. При увеличе-нии давления равновесие, согласно принципу Ле Шателье, сме-стится в сторону образования той фазы, которая при той же темпе-ратуре занимает меньший объем. Этой фазой является в данном случае жидкость. Таким образом, возрастание давления при О°С вызывает превращение льда в жидкость, а это и означает, что тем-пература плавления льда снижается."


> Это известное свойство воды: при повышении давления температура плавления повышается. Это уникальное свойство воды. Вода при замерзании расширяется. У всех других веществ наоборот.

Конечно же это оговорка. При увеличении давления температура плавления льда понижается. Именно поэтому под давлением плавится лёд, который без давления остался бы твёрдым.


> > > И ещё хотел сказать что при повышении давления температура плавления также повышается. Молекулам нужна большая температура для разрыва кристаллической решетки! Пример, хоть не про плавление но показательный: Альпинисты не могут есть вареное потому что на большой высоте при пониженом давлении вода закипает при даже при 70гр.С. В гермитичном автоклаве, где стериализуют инструменты, вода не кипит даже при 200гр.С.
> > > Так что мешает оно (давление) вашим теориям :)

> > Это не наши теории :) Это известное свойство воды: при повышении давления температура плавления повышается. Это уникальное свойство воды. Вода при замерзании расширяется. У всех других веществ наоборот.

> Да и у воды наоборот:). См, напр.
> формула (28):

> "...Это означает, что увеличение давления на 134 атм понижает температуру плавления льда на один градус.
> Таким образом, температура плавления льда понижается с ростом давления. Этим лед отличается от большинства других веществ, температура плавления которых повышается с увеличением давления. Аномальное поведение льда связано с тем, что его плотность меньше плотности воды. Для большинства же других веществ, наоборот, твердое тело плотнее жидкости."

> Или здесь
> 2. Физические свойства воды:

> "В связи с тем, что при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, давление понижает температуру плавления льда. Эта вытекает из принципа Ле Шателье. Действительно, пусть. лед и жидкая вода находятся в равновесии при О°С. При увеличе-нии давления равновесие, согласно принципу Ле Шателье, сме-стится в сторону образования той фазы, которая при той же темпе-ратуре занимает меньший объем. Этой фазой является в данном случае жидкость. Таким образом, возрастание давления при О°С вызывает превращение льда в жидкость, а это и означает, что тем-пература плавления льда снижается."

действительно, я оговорился. Только сейчас заметил :(


> > Это известное свойство воды: при повышении давления температура плавления повышается. Это уникальное свойство воды. Вода при замерзании расширяется. У всех других веществ наоборот.

> Конечно же это оговорка. При увеличении давления температура плавления льда понижается. Именно поэтому под давлением плавится лёд, который без давления остался бы твёрдым.

Да, действительно, все наоборот написал. Только сейчас увидел :))


Воистину...если бы сороконожка обладала позитивистским разумом, и задумалась о законе движения своих ног...она бы упала.

Все просто. Высокое давление выжимает лед в воду. Небольшой тонкий слой воды и служит смазкой. Возможно. А возможно и коэффициент трения сталь-лед (без всякой воды) настолько мал, что позволяет вам скользить далеко. И смело. А коньки точат, не как нож, дабы лед резать, а точат их канты, дабы не побоюсь этого слова вонзившись кантом в лед сильно и умело оттолкнуться.


Voda ne obrazuetsa pri lubom davlenii esli temperatura nije -21 C. Tem ne menee kon'ki neploxo skol'zat pri etoj i bolee nizkoj temperature.

Krome togo, poschitajte davlenie kon'ka na led - ono nichtojno (vsego neskol'ko atmosfer), chto snijaet temperaturu plavlenija na desatye doli gradusa. Pro hokkejnuju shajbu daje smeshno govorit'. Tem ne menee i narod i shajba prekrasno skol'zit i pri -1 C, i pri -10 C, i daje pri - 25 C.

Tak chto davlenie (i voda) tut sovershenno ni pri chem. Prosto led (kak i mnogie drugie veshestva, naprimer teflon i nekotorye drugie polimery) sam po sebe imeet dostatochno nizkij koeffitsient trenija.


> Voda ne obrazuetsa pri lubom davlenii esli temperatura nije -21 C. Tem ne menee kon'ki neploxo skol'zat pri etoj i bolee nizkoj temperature.

> Krome togo, poschitajte davlenie kon'ka na led - ono nichtojno (vsego neskol'ko atmosfer), chto snijaet temperaturu plavlenija na desatye doli gradusa. Pro hokkejnuju shajbu daje smeshno govorit'. Tem ne menee i narod i shajba prekrasno skol'zit i pri -1 C, i pri -10 C, i daje pri - 25 C.

Ха-ха. Действительно, 2мм*25см=5см^2. 100кг дают 20 атм. Ну, даже если 100 атм, то судя по таблице, приведенной Vallav'ом это 1 градус.
Вы совершенно правы. Этот эффект не работает.


> Tak chto davlenie (i voda) tut sovershenno ni pri chem. Prosto led (kak i mnogie drugie veshestva, naprimer teflon i nekotorye drugie polimery) sam po sebe imeet dostatochno nizkij koeffitsient trenija.

А вот это вряд ли.
Есть еще один эффект, даже более красивый. Теплота плавления против работы силы, создающей давление. Это должно слабо зависеть от температуры и давать порог по давлению. Попробуйте посчитать.


> Ха-ха. Действительно, 2мм*25см=5см^2. 100кг дают 20 атм. Ну, даже если 100 атм, то судя по таблице, приведенной Vallav'ом это 1 градус. Вы совершенно правы. Этот эффект не работает.

Я думаю, что нужно рассматривать не макроскопическое давление, а микроскопическое давление, возникающее при контакте шероховатой поверхности льда и движущегося конька.

А вот что пишут по этому поводу в некоторых справочниках и учебниках (источник: http://www.nsu.ru/materials/ssl/distance/Physics/Archives/017.html):

 ВОПРОС: Почему конек едет по льду?

ОТВЕТ: В литературе можно найти много объяснений этого явления: понижение температуры плавления льда под давлением; плавление льда из-за выделения тепла при трении конька о лед; слоистое строение поверхности льда аналогично графиту; присутствие "квазижидкого" слоя на поверхности льда и т.п.

В справочнике "Снег" (Ленинград, Гидрометеоиздат, 1986) на стр.695 пишется: "Теоретическое объяснение того, что коэффициент трения мал, пока остается противоречивым". Там же приводятся ссылки на многие экспериментальные и теоретические работы.

Классическое объяснение Рейнольдса и Тиндала, данное более 100 лет назад, опирающееся на то, что точка плавления льда с повышением давления понижается, неверно. Из уравнения Клапейрона-Клаузиуса следует, что для понижения температуры плавления льда на 10 градусов необходимо давление 1350 атм., которое лед не может выдержать (а конькобежец не может создать своим весом). Подробнее в книге И.П.Базарова "Термодинамика", М., Высшая школа, 1991, стр. 167-168.

В 1936 г. Бауден и Хьюз предположили, что водяная смазка образуется из-за теплоты трения. Они экспериментировали с коньками из разных материалов и обнаружили, что конек скользит тем хуже, чем выше теплопроводность его материала.

В 1971 г. Барнс, Тейбор и Уокер обратили внимание на то, что коньки хорошо скользят и при очень малых скоростях - ниже 1 см/с. Их объяснение опирается на пластическую деформацию поверхностного слоя льда (его толщина, по-видимому, равна 0,1 мм).

Источник: Н.Маэно "Наука о льде", М., Мир, 1988, стр. 139-150.


Ну наконец-то все сошлись на том что площадь здесь не при чём. Я тоже им приводил этот довод про ничтожное влияние давления, но меня не слушали. Спасибо вам товарищи огромное, от всей души!!! Теперь я наконец смогу насладится законно выигранными шестью литрами пива.


>

> > Ха-ха. Действительно, 2мм*25см=5см^2. 100кг дают 20 атм. Ну, даже если 100 атм, то судя по таблице, приведенной Vallav'ом это 1 градус. Вы совершенно правы. Этот эффект не работает.

> Я думаю, что нужно рассматривать не макроскопическое давление, а микроскопическое давление, возникающее при контакте шероховатой поверхности льда и движущегося конька.

Да, не исключено; я тоже об этом думал.
Кстати, в книге Дж.Уокер "Физический фейерверк",1989, в задаче 3.46, тоже говориться о роли давления. Но в Прим.ред. читаем:

"Важную роль здесь. по-видимому,играет следующий механизм теплопередачи. Лед, замерзающий за коньком, отдает ему тепло. По коньку это тепло распространяется к новым точкам контакта конька со льдом"

Дальше описывается красивый эксперимент, о котором вы писали. И добавляется: "Капроновая нить такого же диаметра будет резать лед гораздо медленнее вследствие ее плохой теплопроводности".


> > > Ха-ха. Действительно, 2мм*25см=5см^2. 100кг дают 20 атм. Ну, даже если 100 атм, то судя по таблице, приведенной Vallav'ом это 1 градус. Вы совершенно правы. Этот эффект не работает.

> > Я думаю, что нужно рассматривать не макроскопическое давление, а микроскопическое давление, возникающее при контакте шероховатой поверхности льда и движущегося конька.

> Да, не исключено; я тоже об этом думал.
> Кстати, в книге Дж.Уокер "Физический фейерверк",1989, в задаче 3.46, тоже говориться о роли давления. Но в Прим.ред. читаем:

> "Важную роль здесь. по-видимому,играет следующий механизм теплопередачи. Лед, замерзающий за коньком, отдает ему тепло. По коньку это тепло распространяется к новым точкам контакта конька со льдом"

> Дальше описывается красивый эксперимент, о котором вы писали. И добавляется: "Капроновая нить такого же диаметра будет резать лед гораздо медленнее вследствие ее плохой теплопроводности".

В данном случае неизвестно, вследствие низкой теплопроводности или вследситвие
несмачиваемости. Из-за несмачиваемости пленка воды с большим трудом будет обтекать нить. Как это считать, не знаю. Картина сложная.


Esli by voda obrazovyvalas', kon'ki by primerzali posle ostanovki. Shaiba i lyzi sozdajut sovsem malen'koe davlenie a skol'zat tem ne menee ne xuze kon'kov.

Eksperimenty po popytke obnarujit' vodu fluoreschentnymi metodami v uslovijax blizkix k lyjnym ne obnarujili vodnoj fazy po krainej mere tolshinoj bolee 50 nanometrov.


> Esli by voda obrazovyvalas', kon'ki by primerzali posle ostanovki. Shaiba i lyzi sozdajut sovsem malen'koe davlenie a skol'zat tem ne menee ne xuze kon'kov.

Коньки примерзают, если их не шевелить. Лыжи по снегу ездят. Давление на снег мало, но давление на снежинку может быть большим. Поле лыж остается лыжня, снег там немного другой, чем на целине.
Из-за чего снег в снежки лепится? при -5 отлично, при -15 плохо, но лепится.
Кстати, откуда вы -21 градус взяли? Это что за величина?

> Eksperimenty po popytke obnarujit' vodu fluoreschentnymi metodami v uslovijax blizkix k lyjnym ne obnarujili vodnoj fazy po krainej mere tolshinoj bolee 50 nanometrov.

Это что за метод? Не думаю, что легко обнаружить жидкую фазу, например, если она в тонкой плонке толщиной 10 ангстрем.
Видно, что вопрос сложный. Разговорами тут уже не отделаешься. А специалистов не видно :)


> Кстати, откуда вы -21 градус взяли? Это что за величина?

Eto minimal'naja temperatura pri kotoroj vozmojna zidkaja faza (-21.9 C). Nije vrode tol'ko led:

http://www.sbu.ac.uk/water/phase.html


> > "Важную роль здесь. по-видимому,играет следующий механизм теплопередачи. Лед, замерзающий за коньком, отдает ему тепло. По коньку это тепло распространяется к новым точкам контакта конька со льдом"

> > Дальше описывается красивый эксперимент, о котором вы писали. И добавляется: "Капроновая нить такого же диаметра будет резать лед гораздо медленнее вследствие ее плохой теплопроводности".

> В данном случае неизвестно, вследствие низкой теплопроводности или вследситвие
> несмачиваемости. Из-за несмачиваемости пленка воды с большим трудом будет обтекать нить. Как это считать, не знаю. Картина сложная.

Если от нити вернуться к конькам, то учет теплопроводности материала коньков мне представляется несущественным. Представлять коньки в виде утюга можно, но насколько температура этого утюга будет больше температуры льда? Теплопроводность дает ведь не только "+". Благодаря ей тепло распространяется не только к новым точкам контакта конька со льдом, но и ко всей поверхности конька. А это - не слабый радиатор. Поэтому в результате температура конька будет практически равна температуре окружения. Какой уж тут утюг...


> > Кстати, откуда вы -21 градус взяли? Это что за величина?

> Eto minimal'naja temperatura pri kotoroj vozmojna zidkaja faza (-21.9 C). Nije vrode tol'ko led:

> http://www.sbu.ac.uk/water/phase.html

Да, действительно, ниже полочки температура воды не опускается. В объеме.
А для тонкой пленки?
У нее могут быть совсем другие свойства.
Хотя, снежки при -20 уже не лепятся, что соответствует этому графику.



> > > "Важную роль здесь. по-видимому,играет следующий механизм теплопередачи. Лед, замерзающий за коньком, отдает ему тепло. По коньку это тепло распространяется к новым точкам контакта конька со льдом"

> > > Дальше описывается красивый эксперимент, о котором вы писали. И добавляется: "Капроновая нить такого же диаметра будет резать лед гораздо медленнее вследствие ее плохой теплопроводности".

> > В данном случае неизвестно, вследствие низкой теплопроводности или вследситвие
> > несмачиваемости. Из-за несмачиваемости пленка воды с большим трудом будет обтекать нить. Как это считать, не знаю. Картина сложная.

> Если от нити вернуться к конькам, то учет теплопроводности материала коньков мне представляется несущественным. Представлять коньки в виде утюга можно, но насколько температура этого утюга будет больше температуры льда? Теплопроводность дает ведь не только "+". Благодаря ей тепло распространяется не только к новым точкам контакта конька со льдом, но и ко всей поверхности конька. А это - не слабый радиатор. Поэтому в результате температура конька будет практически равна температуре окружения. Какой уж тут утюг...

вряд ли теплопроводность играет роль в смысле передачи тепла от одного конца конька к другому. Вот для процесса плавления в точке контакта может играть. для плавления нужно тепло, которое быстро может поставляться из толщи металла.
Ну вот, я сейчас высказал предположение, противоречащее моему же утверждению выше.
Сложная картина, разговорами не отделаешься. Недаром в ссылках, которые здесь приводили, ясной картины нет. Было бы просто -- давно бы разобрались. Вопрос-то довольно важный. И для техники и для географии ледников.


> Да, действительно, ниже полочки температура воды не опускается. В объеме.
> А для тонкой пленки?
> У нее могут быть совсем другие свойства.
> Хотя, снежки при -20 уже не лепятся, что соответствует этому графику.

Согласен насчет тонкой пленки. Вообще-то состояние вещества на границе всегда сильно отличается от состояния в объеме. Поэтому на мой взгляд вполне возможно в обычных условиях (даже без давления) существование тонкой пленки на поверхности льда, по своим свойствам напоминающей воду, при температурах выше -21.9 (может и несколько другая температура).

Невыгодность границы вполне хорошо описывается понятием поверхностной энергии (поверхностного натяжения). Надо бы посмотреть в таблицах (где искать, не знаю) поверхностную энергию льда и воды (последнюю припоминаю: 73 миллиджоуль на кв.м.), а также энергию границы лед-вода.

Энергетически выгодно существование прослойки жидкости на поверхности льда, если сумма энергий границ вода-лед и вода-воздух окажется меньше энергии границы лед-воздух.

ИМХО, самостоятельное существование прослойки жидкости прекрасно бы все объяснило.


Ni voda, ni davlenie neprichem. Skol'zat kon'ki, lyzi, shaiby i prochie sovershenno raznye po davleniju predmety i skol'zat prakticheski odinakovo do -21 C i za predelami prisutstvija vody.

Opat' je eksperimenty ne obnarujili vodu (tol'ko pri temperaturax blizkix k 0 voda proklunulas').

Led imeet nizkoe trenie sam po sebe a k tomu je eshe i magok (plastichen) i legko (xot' i medleno) techet pod umerennym davleniem (ledniki, provoloka i t.d.). Vse tela pri temperaturax blizkox k T plavlenija (v neskol'ko %)stanovatsa dovol'no magkimi.


Интересно, что в отличие от многих других материалов коэффициент трения льда (например, льда о лёд) сильно зависит от температуры. Если для мокрого льда при нуле по Цельсию он равен около 0,02, то при температуре -50С коэф. трения достигает 0,5. То есть при низких температурах лёд не такой уж и скользкий. Например коэф. трения
дерево о дерево: 0,2-0,4
сталь по стали: 0,15-0,18
сталь по стеклу: 0,12-0,14


> Сложная картина, разговорами не отделаешься. Недаром в ссылках, которые здесь приводили, ясной картины нет. Было бы просто -- давно бы разобрались. Вопрос-то довольно важный. И для техники и для географии ледников.

Спору нет, вопрос сложный. Вот нашел еще ссылочку
ФИЗИКА ПОВЕРХНОСТИ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ЛЬДА:

"В связи с развитием полупроводниковой техники, микроминиатюризацией элементной базы и переходом к планарным технологиям интерес к физике поверхности в последнее десятилетие сильно возрос. Было разработано множество тонких методик исследования приповерхностных состояний в твердых телах, оказавшихся полезными в исследовании и металлов, и полупроводников, и диэлектриков. Однако структура и свойства поверхности льда, граничащей с паром или жидкостью, остается во многом неясной. Одна из наиболее интригующих гипотез, выдвинутая еще М. Фарадеем, заключается в существовании на поверхности льда квазижидкого слоя толщиной в десятки-сотни ангстрем даже при температуре значительно ниже точки плавления. Основанием для этого являются не только умозрительные построения и теории структуры приповерхностных слоев из сильно поляризованных молекул H2O, но и тонкие определения (методом ядерного магнитного резонанса) фазового состояния поверхности льда, а также его поверхностной проводимости и ее зависимости от температуры. Однако в большинстве практически важных случаев свойства поверхности снега и льда, скорее всего, определяются наличием макроскопической водяной пленки, а не квазижидкого слоя.

Плавление приповерхностных слоев льда под действием солнечного света, более теплой атмосферы или скользящего по нему твердого тела (коньки, лыжи, полозья санок) имеет решающее значение для реализации низкого коэффициента трения. Низкое трение скольжения не результат понижения температуры плавления под действием повышенного давления, как часто думают, а следствие выделения теплоты трения. Расчет показывает, что эффект давления даже в случае скольжения остро наточенного конька по льду, под которым развивается давление около 1 МПа, приводит к понижению температуры плавления всего лишь на ~ 0,1 град, что не может оказать существенного влияния на величину трения."


> Ni voda, ni davlenie neprichem. Skol'zat kon'ki, lyzi, shaiby i prochie sovershenno raznye po davleniju predmety i skol'zat prakticheski odinakovo do -21 C i za predelami prisutstvija vody.

> Opat' je eksperimenty ne obnarujili vodu (tol'ko pri temperaturax blizkix k 0 voda proklunulas').

> Led imeet nizkoe trenie sam po sebe a k tomu je eshe i magok (plastichen) i legko (xot' i medleno) techet pod umerennym davleniem (ledniki, provoloka i t.d.). Vse tela pri temperaturax blizkox k T plavlenija (v neskol'ko %)stanovatsa dovol'no magkimi.

Вы просто не представляете, насколько я рад за вас. Ваша уверенность просто восхищает!


> Низкое трение скольжения не результат понижения температуры плавления под действием повышенного давления, как часто думают, а следствие выделения теплоты трения."

С этой моделью тоже не всё ясно. Я прикинул на сколько должна нагревать лёд шайба массой 100 гр, движущаяся со скоростью 60 км/час, за счёт трения. Получилось порядка 0,1 С. Причём эта температура должна убывать обратно пропорционально скорости в то время, как наблюдалось уменьшение коэф. трения при уменьшении скорости.

Трение конька о лёд возникает при контакте шероховатостей льда с шероховатостями конька. Именно здесь, на микроскопическом уровне, и возникают избыточные давления, величина которых достаточна для появления на поверхности льда тонкой плёнки из воды, которая в свою очередь уменьшает коэффициент трения.


> > Низкое трение скольжения не результат понижения температуры плавления под действием повышенного давления, как часто думают, а следствие выделения теплоты трения."

> С этой моделью тоже не всё ясно. Я прикинул на сколько должна нагревать лёд шайба массой 100 гр, движущаяся со скоростью 60 км/час, за счёт трения. Получилось порядка 0,1 С. Причём эта температура должна убывать обратно пропорционально скорости в то время, как наблюдалось уменьшение коэф. трения при уменьшении скорости.

> Трение конька о лёд возникает при контакте шероховатостей льда с шероховатостями конька. Именно здесь, на микроскопическом уровне, и возникают избыточные давления, величина которых достаточна для появления на поверхности льда тонкой плёнки из воды, которая в свою очередь уменьшает коэффициент трения.

Я уже писал, что мне самому "нравится" ваша идея с шероховатостями. Теплота трения не конкурирует, а лежит в русле этой идеи, ведь выделение тепла можно рассматривать тоже локально, а не по всей поверхности.
Но вижу и минусы. Здесь говорилось, что ниже минус 22 градусов кататься на коньках вполне можно. Правда, при минус 50 это сродни катанию на деревянных коньках по паркету...
Немного бальзаму (из заметки Фигурное подметание):

"Керлинг – ледовый бильярд и боулинг в одном флаконе. Начинается все в этой игре со льда. Он должен быть идеально ровный, перепад высот допускается не больше двух сантиметров. Для сравнения: в хоккейных «коробках» он может достигать 15 см.
Непосредственно перед игрой на лед выходят люди с небольшими рюкзачками. Это айсмейкеры. Специальными лопатками они скребут лед, устраняя малейшие неровности, затем тщательно его подметают. Ну а потом шлангом-брызгалкой, подсоединенной к рюкзачку – это на самом деле резервуар с водой, – поливают лед водяной пылью, чтобы его поверхность стала слегка пупырчатой. Когда камень движется по льду, «вершины» этих микронеровностей за счет трения подтаивают, и возникает водяная смазка, которая улучшает скольжение. Если надо продлить движение камня, за работу принимаются свиперы, «подметальщики» – те самые вооруженные швабрами игроки. Они натирают перед камнем лед и создают тем самым дополнительную водяную смазку."



> Led imeet nizkoe trenie sam po sebe a k tomu je eshe i magok (plastichen) i legko (xot' i medleno) techet pod umerennym davleniem (ledniki, provoloka i t.d.). Vse tela pri temperaturax blizkox k T plavlenija (v neskol'ko %)stanovatsa dovol'no magkimi.

Не все. Например - галлий. Плавится в пальцах. Но если его положить и дать
застыть, то царапает стекло ( пока не успел расплавиться ).



> Не все. Например - галлий. Плавится в пальцах. Но если его положить и дать
> застыть, то царапает стекло ( пока не успел расплавиться ).

Nepravda. Ja rabotal s Ga, ochen' magkij metall - napodobie Pb. Steklo on nikak ne mojet tsarapat' tak kak gorazdo magche (imeet tverdost' 1.5 protiv steklannoj 5 pri 20 C).


>
> > Не все. Например - галлий. Плавится в пальцах. Но если его положить и дать
> > застыть, то царапает стекло ( пока не успел расплавиться ).

> Nepravda. Ja rabotal s Ga, ochen' magkij metall - napodobie Pb. Steklo on nikak ne mojet tsarapat' tak kak gorazdo magche (imeet tverdost' 1.5 protiv steklannoj 5 pri 20 C).

Значит меня обманули, то был не галлий, но тогда что?
Кусочек металла, подержишь в пальцах, становится жидким. Положишь, прям на глазах при застывании из капельки вылезает монокристалл ( обычно углом ).
Берешь снова пальцами и ( пока не успел растаять ) краем этого кристалла
царапаешь оконное стекло. Проделывал это сам, лично.
P.S. Случаем с индием не спутали? Этот даже мягче свинца.


> > Nepravda. Ja rabotal s Ga, ochen' magkij metall - napodobie Pb. Steklo on nikak ne mojet tsarapat' tak kak gorazdo magche (imeet tverdost' 1.5 protiv steklannoj 5 pri 20 C).

> Значит меня обманули, то был не галлий, но тогда что?
> Кусочек металла, подержишь в пальцах, становится жидким. Положишь, прям на глазах при застывании из капельки вылезает монокристалл ( обычно углом ).
> Берешь снова пальцами и ( пока не успел растаять ) краем этого кристалла
> царапаешь оконное стекло. Проделывал это сам, лично.
> P.S. Случаем с индием не спутали? Этот даже мягче свинца.

Net, ne sputal - Ga, my daje ego spektry v rentgene publikovali. Mojete na nete ili v entsiklopedii ego svojstva posmotret' sami:
http://www.wikipedia.org/wiki/Gallium

Ne mojet material byt' shibko tverdym vblizi tochki plavlenija - atomy to pochti soskakivajut so svoix mest.


> Интересно, что в отличие от многих других материалов коэффициент трения льда (например, льда о лёд) сильно зависит от температуры. Если для мокрого льда при нуле по Цельсию он равен около 0,02, то при температуре -50С коэф. трения достигает 0,5. То есть при низких температурах лёд не такой уж и скользкий. Например коэф. трения
> дерево о дерево: 0,2-0,4
> сталь по стали: 0,15-0,18
> сталь по стеклу: 0,12-0,14

Откудава такая большая цифирь про нескользкий лёд при -50С? И что же это, в сильный мороз даже эскимосы не могут на лыжах идти?

Что то слабо верится в нескользкий лёд. Надо бы бросить пару ледяных кубики во влажную колбу да опустить колбу в жидкий азот и посмотреть - на наклонных стенках будут кубики сидеть или ко дну соскользнут.



> Интересно, что в отличие от многих других материалов коэффициент трения льда (например, льда о лёд) сильно зависит от температуры. Если для мокрого льда при нуле по Цельсию он равен около 0,02, то при температуре -50С коэф. трения достигает 0,5. То есть при низких температурах лёд не такой уж и скользкий. Например коэф. трения
> дерево о дерево: 0,2-0,4
> сталь по стали: 0,15-0,18
> сталь по стеклу: 0,12-0,14

В принципе, наличие тонкой пленки может объяснить и это. При -50 пленки воды скорее всего и нет. И с понижением температуры толщина прослойки очевидно должна уменьшаться. В результате вода из смазки постепенно превращается в прослойку, усиливающую молекулярное сцепление, примерно как для стекла по стеклу: стоит слегка смочить стекла водой (воды нужно очень немного), как трение резко возрастает.


> И что же это, в сильный мороз даже эскимосы не могут на лыжах идти? Что то слабо верится в нескользкий лёд. Надо бы бросить пару ледяных кубики во влажную колбу да опустить колбу в жидкий азот и посмотреть - на наклонных стенках будут кубики сидеть или ко дну соскользнут.

Такие эксперименты проводились и их результаты можно найти в справочниках. Например, трение лыж по снегу:
0 С: 0,04
-3 С: 0,09
-10С: 0,18
-40С: 0,40


> > > Nepravda. Ja rabotal s Ga, ochen' magkij metall - napodobie Pb. Steklo on nikak ne mojet tsarapat' tak kak gorazdo magche (imeet tverdost' 1.5 protiv steklannoj 5 pri 20 C).

> > Значит меня обманули, то был не галлий, но тогда что?
> > Кусочек металла, подержишь в пальцах, становится жидким. Положишь, прям на глазах при застывании из капельки вылезает монокристалл ( обычно углом ).
> > Берешь снова пальцами и ( пока не успел растаять ) краем этого кристалла
> > царапаешь оконное стекло. Проделывал это сам, лично.
> > P.S. Случаем с индием не спутали? Этот даже мягче свинца.

> Net, ne sputal - Ga, my daje ego spektry v rentgene publikovali. Mojete na nete ili v entsiklopedii ego svojstva posmotret' sami:
> http://www.wikipedia.org/wiki/Gallium

> Ne mojet material byt' shibko tverdym vblizi tochki plavlenija - atomy to pochti soskakivajut so svoix mest.

Я тоже не верил, пока самому попробовать не дали. Увы, металл, плавится в пальцах
( ~30 гр С ), при ~ 20 гр С царапает стекло. За название спорить не буду, за
перечисленные свойства - сам щюпал.


> > И что же это, в сильный мороз даже эскимосы не могут на лыжах идти? Что то слабо верится в нескользкий лёд. Надо бы бросить пару ледяных кубики во влажную колбу да опустить колбу в жидкий азот и посмотреть - на наклонных стенках будут кубики сидеть или ко дну соскользнут.

> Такие эксперименты проводились и их результаты можно найти в справочниках. Например, трение лыж по снегу:
> 0 С: 0,04
> -3 С: 0,09
> -10С: 0,18
> -40С: 0,40

Интересно, а лыжи при этом смазывали мазью? ведь для разных температур мази разные, а для -40C по-моему вовсе нет...

И вообще, при -40С мне даже в шубе и валенках на улицу выходить не хочется, а уж на лыжах бегать ... извините. И эскимосы, думаю, тоже в такой мороз дома сидят


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100