Номер 38.28, страница 143 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 38. Внутренняя энергия. Глава 6. Тепловые явления - номер 38.28, страница 143.

38.28 [936] Почему коньки легко скользят по льду, а по стеклу, поверхность которого более гладкая, на коньках кататься невозможно?

Легкое скольжение коньков по льду и невозможность катания по стеклу, несмотря на его гладкость, объясняются различными физическими процессами, происходящими на поверхности этих материалов под воздействием лезвия конька.

1. Скольжение по льду:

Основная причина легкого скольжения по льду — это образование тонкой пленки жидкой воды между лезвием конька и поверхностью льда. Эта водяная пленка действует как смазка, значительно уменьшая коэффициент трения. Существует две основные гипотезы, объясняющие ее появление, и, скорее всего, оба механизма работают одновременно:

• Плавление под давлением (режеляция): Лезвие конька очень тонкое, поэтому вес человека концентрируется на очень маленькой площади. Это создает огромное давление на лед. Согласно фазовой диаграмме воды, при увеличении давления температура плавления льда понижается. Таким образом, лед под лезвием плавится даже при отрицательных температурах окружающего воздуха, образуя смазывающий слой воды. После того как конек проезжает, давление исчезает, и вода снова замерзает.
• Нагрев от трения: При движении конька по льду возникает сила трения, которая производит работу и выделяет тепло. Это тепло также способствует плавлению поверхностного слоя льда, создавая водяную пленку.

2. Скольжение по стеклу:

Стекло — это аморфное твердое тело с очень высокой температурой плавления (около 1000–1500°C). Давление, создаваемое лезвием конька, совершенно недостаточно, чтобы вызвать плавление стекла. Нагрев от трения также будет незначительным и не приведет к плавлению.

Таким образом, при попытке кататься на коньках по стеклу не образуется жидкой смазывающей прослойки. Происходит контакт "металл по стеклу" (твердое по твердому), который характеризуется высоким коэффициентом трения. Кроме того, острое стальное лезвие конька будет царапать и разрушать поверхность стекла, что еще больше увеличит сопротивление движению и сделает гладкое скольжение невозможным.

Ответ: Коньки легко скользят по льду, потому что под высоким давлением лезвия и из-за тепла от трения лед плавится, создавая тонкую пленку воды, которая действует как смазка и резко снижает трение. На стекле такой эффект не возникает, так как его температура плавления очень высока, и давление конька не может его расплавить. В результате трение между коньком и стеклом остается высоким, что делает катание невозможным.