Внутренняя… — Задание Физика 8 Класс №00049201

Конёк едет легко, пока между лезвием и льдом есть тонкая плёнка воды, она работает как смазка. Значит, надо понять, как мороз влияет на появление этой плёнки.

Чтобы лёд начал таять, ему надо дойти до $0\text{ }{}^\circ\text{С}$. При лёгком морозе до этой отметки совсем близко. А при сильном морозе лёд надо нагревать на десятки градусов.

Есть и вторая беда. Энергия от трения приходит в очень тонкий слой, а вокруг него лежит холодный лёд. Чем сильнее мороз, тем быстрее он забирает эту энергию. Слою ещё труднее дойти до плавления.

Поэтому в сильный мороз плёнки воды почти нет. Сталь едет по почти сухому льду, трение становится больше, и скользить хуже.

Честная оговорка. Учёные до сих пор спорят, откуда именно берётся плёнка на льду и что важнее: трение, давление или особенности самой поверхности. Мы рассуждаем по школьной модели с плёнкой воды, а опыт конькобежцев с ней согласен: в сильный мороз лёд и правда «тормозит».

Проверим числом, какая из двух бед главная. Посчитаем, сколько теплоты нужно, чтобы один килограмм льда нагреть до $0\text{ }{}^\circ\text{С}$ и расплавить. Удельная теплоёмкость льда $2100$ Дж/(кг·°С), удельная теплота плавления $340\,000$ Дж/кг. При морозе $-1\text{ }{}^\circ\text{С}$:

$$Q_1=2100\cdot 1\cdot 1+340\,000=342\,100\text{ Дж}$$

При морозе $-30\text{ }{}^\circ\text{С}$:

$$Q_2=2100\cdot 30+340\,000=403\,000\text{ Дж}$$

Разница всего около $18\ \%$. Выходит, лишний нагрев сам по себе всего не объясняет. Важнее вторая беда: разница температур между подтаивающим слоем и остальным льдом при $-30\text{ }{}^\circ\text{С}$ в $30$ раз больше, чем при $-1\text{ }{}^\circ\text{С}$. Поэтому и энергия от тонкого слоя уходит намного быстрее, и плёнке труднее удержаться.