Какое свойство льда позволяет кататься на коньках
Крайне очевидно, но тем не менее интересно: практически все зимние виды спорта держатся на одном факте – лед скользкий.
Низкое трение льда – это то, почему конькобежцы могут развивать скорость до 55 километров в час, почему фигуристы могут выполнять головокружительные пируэты, и почему 20-килограмовый камень для керлинга может скользить.
Но на протяжении большей части последних двух столетий ученые пытались объяснить то, почему лед скользкий и почему коньки могут так хорошо скользить по нему.
Но есть одно очевидное «но»: кататься на коньках на удивление сложно. Практически невозможно увидеть невооруженным глазом, что происходит, когда лезвие прорезает лед, потому что оно закрывает обзор. А слои льда, по которым скользят коньки, микроскопически тонкие.
Поэтому ученые должны полагаться на свои знания физики и химии для объяснения этого явления. Они предположили несколько объяснений, каждое из которых рассказывает о захватывающем свойстве льда.
Прежде всего самый очевидный вопрос: что такое лед?
Лед – это замерзшая вода. Но то, что происходит, когда вода становится твердой, делает это вещество необычным и крайне увлекательным для изучения.
Для большинства веществ во вселенной твердая фаза плотнее, чем жидкая. Когда материал достаточно охлаждается для образования твердых частиц, его молекулы связываются в узкие связки. Но со льдом происходит немного другое. Когда температура опускается ниже 0° С, водородные связи, которые связывают молекулы воды вместе, расширяют дополнительное пространство между молекулами воды, когда они замерзают.
И, как оказалось, благодаря этим знаниям, можно создать идеальный лед для того или иного вида спорта.
Как объясняет Smithsonian Magazine, лед, используемый на катках для олимпийских видов спорта, представляет собой очищенную воду, распыляемую на катках по одному слою за раз, чтобы создать поверхности безупречной структуры. Толщина и температура льда на Олимпиаде зависит от вида спорта. Фигуристы предпочитают лед, установленный близко к точке плавления при -3 °С для дополнительного сцепления и контроля. Хоккеистам нравится более холодный, жесткий, что делает поверхность более скользкой.
Твердый лед, как не удивительно, менее плотный, чем жидкая вода (именно поэтому айсберги плавают в океане). И для ученых это было ключом к выяснению, почему лед такой скользкий.
Гипотеза 1: давление заставляет лед таять
С 19-го века наиболее распространенным ответом на вопрос «почему лед скользкий» было «потому что лед тает под давлением».
Эта идея взята из работы Джеймса Томпсона, который в 1850-х годах разработал формулу, которая описывает очень странное свойство льда: то есть под высоким давлением лед превращается в воду. Это связано с тем фактом, что твердый лед менее плотный, чем вода. Если вы сжимаете лед, он становится менее устойчивым и тает.
Можно увидеть этот эффект с помощью очень простого эксперимента. Например, взять отрезок проволоки и привязать груз к каждому концу. Затем проложить провод через большой кусок льда. Давление проволоки прорежет чистую линию через лед (которая снова замерзнет, как только проволока пройдет сквозь. Это процесс, называемый «регенерация»).
Заманчиво думать, что именно так работают коньки – что давление, оказываемое тонким лезвием на лед, позволяет ему немного подтаивать, чтобы уменьшить трение и сделать скольжение лучше.
Как объяснил Кеннет Чанг из New York Times, человек весом в 68 кг, стоящий на лезвиях, может понизить температуру плавления льда только с 0 °С до -0,1 ° С, в то время как катки для фигурного катания обычно держатся около -3 °С. Проще говоря: фигуристы не могут оказать достаточного давления, чтобы растопить лед.
«Так что, хотя основная идея верна — вы можете растопить лед, создавая давление на него — цифры вообще не работают» – говорит Лиммер.
Таким образом, давление лезвия на лед не может объяснить, почему коньки скользят. Но как насчет трения? Разве скользящее движение коньков на поверхности не может генерировать достаточно тепла, чтобы растопить лед?
Это определенно часть ответа, но это не объясняет, почему лед так необычно скользит.
Гипотеза 2: трение растапливает лед
Что насчет трения? Разве скользящее движение коньков на поверхности не может генерировать достаточно тепла, чтобы растопить лед?
Лиммер объясняет, что трение «является эффектом второго порядка» в проблеме катания на коньках. Трение помогает нам понять, почему коньки могут скользить быстрее и быстрее при движении, но не то, почему они могут это с самого начала.
Гипотеза 3: поверх льда лежит очень маленький слой жидкой воды
За несколько лет до того, как Джеймс Томпсон объяснил, почему давление растапливает лед, физик Майкл Фарадей обнаружил еще одно удивительное свойство льда: тонкий жидкий слой на его поверхности.
Фарадей догадался, что кубики льда слипаются из-за окружающего их слоя жидкости. Когда эти слои жидкости встречаются, затем замерзают вместе.
Этот очень тонкий слой жидкости также делает лед более гладким. Но Фарадей не мог доказать свою гипотезу в то время. Наука об атомах и молекулах еще не была доступна, чтобы помочь ему в объяснении.
В 1987 году ученые подтвердили существование этого «квази жидкостного» слоя с помощью рентгенографии. И это очень, очень тонкий слой. Оценки показывают, что его толщина при -1 ° C составляет от 1 нанометра до 94 нанометров. Это примерно в 1000 раз меньше, чем бактерия.
Но, что интересно, по оценкам профессора Ван Леувена, было бы очень сложно кататься при температуре ниже -30 °C. Даже если на льду все еще будет крошечный слой жидкости, потребуется слишком много трения, чтобы произвести достаточно тепла, чтобы растопить что-либо еще. Кроме того, ниже этой температуры становится все труднее обнаружить крошечный слой жидкости на поверхности льда. Это было бы похоже на катание на гравии.
Леха Макаров · 30 апреля
643
При скольжении по льду внутренняя энергия коньков и льда увеличивается, в результате чего между коньком и льдом образуется водяная прослойка, уменьшающая силу трения. (При сильном морозе скольжение коньков значительно ухудшается, а при очень сильном морозе лед для коньков становится подобным стеклу.)
Площадь соприкосновения конька со льдом мала, поэтому давление на единицу площади льда значительное, а как известно при увеличении давления температура плавления льда понижается. Т.о. в то время как вся поверхность льда твердая, в месте соприкосновения конька со льдом он тает при отрицательной температуре, между коньком и твердым льдом образуется прослойка воды, которая… Читать далее
Можно ли порезаться об лёд?
младший научный сотрудник ФТИ им. Иоффе
Не раз делал это в детстве, падая на замерзших лужах. Там были довольно здоровые ледяные глыбы, разбитые, с довольно острыми краями.
слова для бота
Как не подскальзоватся зимой на льду?(обход заледенелых участков и обувь с шипами не расматриваем)?
Архитектор, не интересующийся архитектурой
На этот вопрос отвечал Михаил Николаевич во время концерта, цитирую:
Пешеход должен оценить маршрут движения по голольду и степень обледенения маршрута голольдом. При движении не отвлекаться, думая только о готовности к падению. Скорость передвижения по голольду – 1 километр в час. При движении ноги в коленях полностью не выпрямлять, оставляя примерно тупой угол между костьми с обратной стороны коленной чашечки. В случае потери равновесия, а именно если вы поскользнулись, надо быстро начать приседание в направлении голольда. Руку со стороны заваливания вытянуть вперёд, полусогнув в локте на 45 градусов, с целью увеличения коэффициента трения при соприкосновении туловища с землёй. Категорически запрещается при потере равновесия заваливаться на какой-нибудь предмет и прохожих. Приём заваливания, перед вступлением на гололёд, отработать дома, постелив на пол матрас.
В чем полезность для организма катание на коньках с физической точки зрения?
Сервисы для маркетологов. 1000+ инструментов, 10000+ отзывов экспертов, кейсы и рейтинги… · otzyvmarketing.ru
Любая вменяемая физическая нагрузка благотворно влияет на наш организм. Катание на коньках вовлекает практически все мыгцы нашего тела, поэтому это очень хороший вид спорта.
Если кататься на коньках регулярно, можно улучшить внешний вид.
С другой стороны, это еще и кардио, что позволит вам укрепить сердце.
Главное, не падать. Не стоит впадать в раж и пытаться ездить на катке со скоростью ракеты. На большой скорости любые столкновения череваты серьезными травмами.
Если говорить о внешнем виде, то каток хорошо вовлекает ягодичные мышцы, так что сзади вы будете выглядеть очень хорошо.
В целом катание — это красивый вид спорта, и если у вас нет противопоказаний, то вы смело можете начинать кататься на коньках.
Почему хоккеисты никогда не проваливаются под лёд?
Инженер. Увлекаюсь хоккеем и футболом. Ничему не удивляюсь.
Тут я даже не знаю, что ответить, а куда им проваливаться? Непосредственно под ледовой площадкой слой с морозильной установкой. Которая в свою очередь поддерживает определенную температуру льда, такую чтобы лед был мягким, но без слоя воды.
Прочитать ещё 1 ответ
Почему соль плавит лёд?
Эффективный репетитор по математике, физике, химии. Автор книг и консультант по обучению… · repetitor-5.ru
Чистая вода кипит при 100 градусах Цельсия и замерзает при 0. Чем больше в ней растворено солей, тем ниже температура замерзания и выше температура кипения. Это называется «солевой эффект».
Поэтому при посыпании льда солью он будет превращаться в солёную воду. Хотя при более низкой температуре солёная вода замёрзнет.
Прочитать ещё 1 ответ
Аннотация
Моё любимое время года – это зима. Прозрачный морозный воздух, пушистые хлопья снега, деревья в серебре, хрустальный лед на реках и озерах. Зима – это волшебство.
Мне нравится кататься на коньках. Катание на коньках придает мне бодрости и отличного настроения, кроме этого, этот вид спорта способствует закаливанию организма и поддержанию хорошей физической формы.
Меня заинтересовал вопрос: Почему коньки скользят по льду?
Вначале мы обратились к истории возникновения коньков, чтобы узнать происхождение слова “конек”, кто и когда их изобрел, какими были первые коньки. Узнала легенду о русском царе Петре I, который, вернувшись из Голландии, привез в Россию коньки.
Я провела опрос среди воспитанников нашей группы детского сада, проанализировала литературу по теме исследования, провела опыты для объяснения скольжения по льду, наблюдения, сделала выводы.
Материал нашей исследовательской работы может использоваться на занятиях в детском саду и уроках окружающего мира в начальной школе.
Цель исследовательской работы – исследовать, от чего зависит скольжение коньков по льду.
Задачи:
1. Узнать историю возникновения коньков.
2. Закрепить знания о свойствах льда.
3. Научиться проводить опыты и делать выводы.
Методы исследования:
1. Теоретические
• Изучение научно–популярных изданий;
• Работа с Интернет–ресурсами
2. Эмпирические:
• Проведение опытов
• Наблюдение
• Сравнение
История возникновения коньков
Самое раннее упоминание слова “конек” можно найти в “Англо–нидерландском словаре” ГЕМАХА (1648 г). В международный спорт слово “коньки” пришло из русского языка коньки, коньки–бегунки, коньки–горбунки. Передняя часть деревянных коньков была украшена конской головой — отсюда и ласковое название, уменьшительное от слова “конь”: коньки.
Вначале для бега по льду использовались кости животных. Потом для этого приспособили деревянные бруски, в которые вставляли металлические полозья. На этих коньках катались до середины восемнадцатого столетия.
А сегодняшние коньки? Они родились почти триста лет назад.
… Жил в голландском городе Амстердаме мастеровой. Он приехал в Голландию учиться строить корабли.
Научили голландцы Питера, так звали мастерового, своей зимней потехе — катанию на коньках. Он увидел, что на коньках, да еще отталкиваясь, как лыжник, палками ото льда, можно обогнать даже конный экипаж.
Питер быстро научился кататься на коньках. Он ловко вычерчивал всякие замысловатые фигуры на ледяных дорожках каналов. Одним только Питер был недоволен: уж больно долго надо было привязывать коньки к сапогам. Пока приладишь “волшебные железки”, пока завяжешь ремни, — не один раз пот сойдет.
И тогда стал Питер думать, как сделать так, чтобы коньки всегда были готовы к ледовой потехе. Думал–думал, прикидывал–прикидывал и решил: а что, если деревянный брус, на который прикрепляется железная полоска, заменить на металлическую площадку, а лезвие приклепать к площадке с помощью стоек?
Сказано — сделано. И вскоре гигант Питер появился на канале на коньках собственной конструкции.
Вот как появились, рассказывает легенда, первые металлические коньки. А Питер — это был русский царь Петр I, — вернувшись из Голландии, привез в Россию коньки. Новинка пришлась по вкусу всем, и через несколько лет на коньках стали кататься тысячи россиян.
Результаты работы и их анализ
Лед – это вода в твердом состоянии.
На занятиях в детском саду и прогулках я узнала следующие свойства льда:
– твердый,
– хрупкий,
– скользкий,
– холодный,
– прозрачный,
– бесцветный,
– тает от тепла,
– образуется из воды.
Вы когда–нибудь задумывались, почему коньки скользят по льду?
Ответ на этот вопрос я решила узнать у воспитанников группы “АБВГДЕйка” детского сада “Малыш”. Я провела опрос. Результаты показали, что ребята не знают ответа.
Мой дедушка мне сказал, что силы трения на льду совсем слабые, поэтому лед скользкий.
Трение – это сила, которая прекращает скольжение двух поверхностей относительно друг друга.
Опыт №1.
Я приготовила ластик, бумагу и ложку с тарелкой. Провела ластиком по бумаге. Я ощутила сопротивление движению руки. Затем я провела ложкой по тарелке. Я почувствовала, что трение в этом случае заметно меньше.
Вывод: Трение зависит от материала трущейся поверхности. На скользком, гладком льду сила трения уменьшается.
Я предположила, что кататься можно по любой гладкой поверхности.
Опыт №2.
Керамическая плитка гладкая и твердая, может ли она позволить скользить конькам?
Надев коньки, я опробовала их на керамическом полу. Скольжения не получилось, что–то мешало движению.
Вывод: не по любой твердой и гладкой поверхности можно скользить на коньках. Коньки скользят только по льду.
Почему же коньки скользят по льду?
Я обратилась за помощью к маме. Мама подобрала мне нужную литературу по этой теме, и помогла разыскать кое–что в Интернете.
В учебнике физики 7 класса сказано, что на коньках малое трение при скольжении по льду объясняется действием смазки. Между коньком и льдом образуется тонкий слой воды. Но откуда же берется вода под коньками на поверхности льда даже при низких температурах (на коньках кататься можно и при –20 градусах?).
Оказывается, вплоть до последнего времени ученые спорили о причинах низкого трения, характерного для поверхности льда, то есть о том, почему лед скользкий.
Начало этих споров было положено еще 150 лет назад. В 1849 г. Братья Джеймс и Уильям Томсон выдвинули гипотезу, согласно которой лед под нами плавится потому, что мы на него давим лезвиями коньков. Стоя на коньках, мы опираемся на очень маленькую площадь и на эту площадь целиком давит вес нашего тела. И поэтому мы скользим уже не по льду, а по пленке воды на его поверхности. Но ведь в обычной обуви тоже можно поскользнуться на льду. Да и дети могут кататься, хотя давление, создаваемое ими, мало.
Эта гипотеза была опровергнута в результате экспериментальных и теоретических исследований, проводившихся в конце 90–х годов прошлого столетия. Американские ученые сканировали поверхность льда с помощью медленного электронного луча и выяснили, что на поверхности ледовой дорожки вода имеется всегда. Молекулы льда в поверхностном слое колеблются в 100 000 раз быстрее тех, которые находятся в глубине льда. То есть эти молекулы похожи по своему состоянию на жидкость. Лишь при температуре –60 градусов Цельсия поверхность льда становится вязкой.
Опыт №3.
Я взяла 2 кубика льда, прижала друг к другу 2 скользкие поверхности. Льдинки склеились.
Вывод: Поверхность льда покрыта очень тонким влажным слоем.
Это свойство льда и снега мы используем, когда лепим снежки. Эскимосы же, например, строят целые снежные дома – иглу.
Наблюдение
Цель: выяснить, в какую погоду лучше кататься на коньках.
Вывод: оптимальным для катания на коньках является температура воздуха –5…–10 градусов Цельсия.
Заключение
При выполнении исследовательской работы я узнала историю возникновения коньков, провела опыты, наблюдения, проанализировала литературу по теме исследования и сделала следующие выводы:
• Лед скользкий, потому что его молекулярная природа предусматривает наличие очень тонкой пленки воды на поверхности, которая играет роль смазки.
• Лучше всего кататься на коньках при температуре воздуха –5…–10 градусов Цельсия, в сильный мороз лед скользит хуже.
• Катание на коньках поднимает настроение, закаливает организм, за минувшую зиму я ни разу не болела простудными заболеваниями.
Перспективы
Мне нравится кататься на коньках. Хочу научиться выполнять различные прыжки, элементы. Фигурное катание – один из красивейших видов спорта. Работая над данной темой, возникли вопросы, о которых мне бы хотелось узнать больше: чем отличаются искусственный, синтетический и натуральный лед; как самому залить каток; можно ли сделать так, чтобы не падать при катании на коньках.
Список литературы:
1. Перышкин А. В. Физика. 7 класс.– М.: Дрофа, 2003.
2. Богданов К. Ю. Прогулки с физикой. Библиотечка Квант, выпуск 98, – М.: Бюро Квантум, 2006.
3. Непомнящий Н. Н. 100 великих загадок природы.– М.: Вече, 2007.
4. Лукьянова А. Настоящая физика для современных малышей и их родителей.
5. Пять тысяч – где, семь тысяч – как, сто тысяч – почему. Опыты и эксперименты для детей от 5 до 9 лет / Автор–составитель: Зубкова Н. М.– СПб.: Речь, 2008.
6. Гиффорд К., Голдсмит М., Гэллери Ш. Современная детская энциклопедия.– М.: Эксмо, 2009.
7. Детская энциклопедия Кирилла и Мефодия 2008 (2 CD–ROM).
8. Материалы Интернет.
Муниципальное общеобразовательное учреждение
“Средняя общеобразовательная школа №1 с углубленным изучением английского языка “Гармония”
детский сад “Малыш”
Автор работы:
Валиуллина Элина,
воспитанница д/с “Малыш”
Руководитель:
Валиуллина Юлия Баймурзовна,
методист Муниципального учреждения “Управление образования”
городского округа город Кумертау Республики Башкортостан
Полный текст работы: https://static.livescience.ru/konki/konki.pdf
Интересных фактов в фигурном катании оказалось так много, что они даже не поместились в одну статью. Продолжаем знакомиться с малоизвестными моментами из жизни фигуристов.
Начало: https://zen.yandex.ru/media/on_the_skate_blade/maloizvestnye-fakty-o-figurnom-katanii-5d4c64b395aa9f00ad00f7a4
Как появилось название «коньки»
Когда-то давно коньки представляли из себя всего лишь деревянные бруски с прикрепленными к ним железными лезвиями. И для красоты мастера часто украшали этот деревянный прототип конской головой. Так и появилось название «коньки».
Старинный конек, украшенный головой коня
Почему фигуристки редко стирают свои костюмы
Современные костюмы для фигуристок — настоящие произведения искусства. Изделия ручной работы из кружева, шифона, тонкой сетки и, конечно же, страз, приклеенных на специальный клей. Если хорошенько постирать такой костюм, от всей его красоты может ничего не остаться. Поэтому фигуристки и предпочитают лишний раз не стирать свои костюмы, тем более что выступают они в них за сезон только несколько раз.
Однако известные дизайнеры костюмов предпочитают пользоваться качественным клеем, чтобы аккуратная ручная стирка никак не повредила изделию.
Костюмы фигуристок украшены множеством страз
Почему коньки скользят только по льду , а не по любой гладкой поверхности
На самом деле, конёк скользит по тонкому слою воды, образующемуся под лезвием. Но откуда же вода берётся, особенно в холодную погоду?
Всё дело в том, что лед имеет свойство плавиться при довольно маленьком давлении. Конечно, человек в обычных ботинках никогда не сможет создать такого давления. Но когда человек стоит на коньках, весь его вес давит на два узких металлических лезвия. Этого давления хватает, чтобы лед начал плавиться, а коньки — скользить.
Слой воды получается очень тонким и превращается обратно в лёд практически сразу после того, как конёк отрывается от поверхности. Именно поэтому на льду не остаётся никаких водяных следов после катания.
Зачем фигуристки натягивают лосины на коньки
Для этого у них имеется несколько причин:
- основная — защита коньков от повреждений. На тренировках у фигуристов неизбежны падения, при которых коньки могут поцарапаться и потерять свой вид. А такие чехлы-лосины помогут сохранить опрятный вид главного инструмента фигуриста или скроют уже истрепавшиеся коньки;
- еще одна немаловажная причина — это защита от расшнуровывания. С чехлами вероятность такой оплошности сводится к нулю. Правда, в последнее время появилась альтернатива — специальный скотч, который даже не заметен на коньках;
- и, наконец, некоторые фигуристки натягивают колготки поверх коньков для того, чтобы зрительно удлинить ноги.
Александра Трусова
Почему Татьяна Тарасова на соревнованиях всегда сидит в шубе
Татьяна Анатольевна не снимает на соревнованиях шубу, потому что когда-то ее ученик Андрей Букин назвал ее счастливой. «Если им кажется, что шуба приносит счастье, я готова носить ее даже летом, или когда в зале от жары начинает плавиться лед», — ответила тогда Татьяна Анатольевна. Теперь же постоянное ношение шуб, скорее всего, просто вошло в привычку.
Татьяна Тарасова на посту комментатора
Напоследок еще несколько интересных фактов:
- В процессе тренировок неизбежны падения. Чтобы вред от них сводился к минимуму, фигуристы учатся правильно падать. Времени на это уходит не меньше, чем на изучение прыжков.
- Вращения первоначально называли «узлами» по рисунку, оставленному на льду. Выражение «связать узлы» обозначало «выполнить вращение».
- Во время чёрно-белого телевещания одной из задач комментаторов соревнований было описание костюмов фигуристов.
Елена Водорезова, 70-е гг.
Надеюсь, вам было интересно, спасибо за внимание 🙂