Номер 5, страница 266 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Задачи и упражнения - номер 5, страница 266.

Условие.

5. Почему конькобежец легко скользит по льду, в то время как по стеклу, обладающему более гладкой поверхностью, он скользить не может?

Решение.

Решение

Лёгкое скольжение конькобежца по льду объясняется уникальными физическими свойствами воды, а не просто гладкостью поверхности. Ключевую роль играет образование тонкой плёнки жидкой воды между лезвием конька и поверхностью льда, которая действует как смазка, резко снижая силу трения. Существуют два основных механизма, способствующих этому явлению:

1. Плавление под давлением. Лезвие конька имеет очень маленькую площадь соприкосновения со льдом. Вес конькобежца, распределённый по этой крошечной площади, создаёт чрезвычайно высокое давление. Давление $\text{P}$ рассчитывается как отношение силы $\text{F}$ (веса спортсмена) к площади $\text{S}$: $P = F/S$. Вода обладает аномальным свойством: её температура плавления понижается с ростом давления. Из-за высокого давления, создаваемого коньком, лёд под лезвием плавится даже при температурах ниже 0°C, образуя смазывающий слой воды.

2. Нагрев из-за трения. Во время движения конька по льду возникает сила трения. Работа этой силы преобразуется в тепловую энергию, которая нагревает лёд в зоне контакта. Этот дополнительный нагрев также способствует таянию льда и формированию водяной плёнки. Современные научные данные показывают, что вклад трения в плавление льда является доминирующим, особенно при движении с высокими скоростями.

В то же время, скользить на коньках по стеклу, даже если его поверхность идеально гладкая, невозможно. Это связано со следующими причинами:

1. Очень высокая температура плавления. Стекло плавится при температурах свыше 1000°C. Давления и тепла, которые создаёт конькобежец, совершенно недостаточно, чтобы расплавить поверхность стекла и образовать жидкий смазывающий слой.

2. Высокое трение. Без смазывающей водяной плёнки сила трения между стальным лезвием конька и сухой поверхностью стекла оказывается очень большой. Между металлом и стеклом возникают значительные силы межмолекулярного сцепления (адгезии), которые препятствуют скольжению. В данном случае гладкость стекла может даже увеличить реальную площадь контакта на микроскопическом уровне, что приводит к ещё большей силе трения.

Таким образом, принципиальное различие заключается в способности льда переходить в жидкое состояние под воздействием конька, создавая естественную смазку, чего не происходит со стеклом в тех же условиях.

Ответ: Конькобежец легко скользит по льду благодаря образованию тонкого слоя жидкой воды между лезвием конька и льдом, который действует как смазка. Этот слой появляется из-за высокого давления и тепла, выделяющегося при трении. По стеклу скользить невозможно, так как у него очень высокая температура плавления, и в аналогичных условиях смазывающий слой не образуется, а трение между сталью и сухим стеклом остаётся очень большим.