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2006-02-24 23:17:21| 人氣4,715| 回應1 | 上一篇 | 下一篇

看花式滑冰談冰

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這次冬季奧運比較令人注視的米國選手是21歲的花式溜冰甜心Sasha Cohen,柯恩小姐是美國國家花式滑冰金牌選手,也是兩屆世界亞軍,而且目前米國最有希望奪金的女子選手(她今天獲得這屆冬季奧運花式溜冰銀牌)。


Sasha Cohen星期二展現自信,短曲項目(short program)暫時領先去年世界冠軍的俄羅斯選手史露茲卡雅(Irina Slutskaya),現年26歲的世界冠軍史露茲卡雅,是史上在歐洲花式滑冰錦標賽七度封后的第一人,2004年的世界冠軍的日本選手荒川靜香暫居第三,分數差距都不大。


這次九次美國冠軍的華裔選手關穎珊,因為鼠蹊受傷而宣布棄賽,很可惜,終究還是沒法一圓在冬季奧運會奪金的心願,遺缺是由17歲的Emily Hughes 遞補,她是上屆奧運冠軍Sarah Huges 的妹妹,還有一位米國選手,是16歲的Kimmie Meissner,她曾獲得美國國家花式滑冰銀牌,也是米國花式溜冰界的明日之星,在短曲項目領先Huges,暫時排名第七。


話說柯恩小姐很謙虛,她認為以21歲的年紀來參加花式溜冰,是有點嫌老,不知關穎珊及史露茲卡雅聽到這樣的說法會如何反應?但是隨著年齡增長會帶來經驗及智慧,這是確定的,美國人似乎很期待這次比賽的結果。


這起全球注目的焦點,終於在比賽完長曲項目之後揭曉,日本老將荒川靜香技壓群雌,替日本摘下今年冬季奧運會的第一面金牌,荒川靜香在長曲項目表演中,穿著性感的藍色緊身禮服,沉浸在浦契尼的歌劇詠嘆調中,順利地完成比賽,過程中犯比較少的錯誤,是荒川靜香受頻審青睞的主要原因,這次比賽的評審裁判及技術專家採用新規則,縝密地分析選手的表演動作之後再評分,避免重演2002年雙人花式溜冰比賽裁判不公的情事。


相對地,其他有希望奪金的女選手因為比賽壓力而緊張過度,在企圖作出艱難跳躍、旋轉等動作以爭取高分時,卻失誤連連,我發覺選手失誤之後,要再笑容滿掬繼續比賽的話,要有很大的自信,尤其在眾目睽睽下。

當然女子花式溜冰選手在冰上摔跤,常常會讓到手的獎牌不翼而飛,如果是自己心怡的選手,覺得難過是難免的,但是為什麼花式溜冰選手可以在冰上優雅地滑行呢?會溜冰的朋友大概不會問這樣的蠢問題,對物理學家來說,這個問題目前也還不是很清楚。 

寫到這裡就想到最近看過一篇打鐵趁熱的溜冰報導,不喜歡科學的人,可以略過。

為什麼冰是滑的?冰是水的固態化,雪花的分子結構在顯微鏡之下也呈現特殊的六邊形,當我們用薄金屬刀片滑過大多數固體的表面,例如:混凝土地面、木板、玻璃等等,通常都會發出刺耳的聲響,這種嘎嘎叫的聲音,許多人聽得都會起雞皮疙瘩,而溜冰場上卻不大會聽到這種聲音,只是偶而會看到有人摔得鼻青臉腫。

有關「冰」的Q&A,滑動只是其中待解之謎題之一,「冰」在自然會呈現十幾種不同的狀態,專家猜測有些可能存在於地球內部的地熱區,少數經證實已存在於冥王星表面,有些還待科學家慢慢發掘中。

冰塊是非常神秘的固體,密度比液態的水還低,這就是為何冰可以浮在水面上,但是酒精剛好相反,酒精的熔點大約在華式173度,結凍的酒精卻是會沉到液態的酒精底下,冰塊的低密度意味著冰點可以經由擠壓而降低到華式32度以下。

回到正題,冰為何在冰刀之下比較滑?教科書常見的說法是,從冰刀釋放出來的壓力,會降低冰表層的熔點,然後冰表層就會熔化,但是冰刀滑過之後,表層的水馬上就會再結成冰,但是聽說教科書這種說法是有問題的,因為壓熔效應的影響是微乎其微的。

一個體重45公斤的花式溜冰選手,穿標準冰刀鞋站在冰面上,作用於冰面上的壓力大約是每平方英尺15公斤,這些壓力只會把熔點從華式32度降低到華式31.97度,所以不至於會大幅降低冰表層的熔點,而造成冰面的快速熔化,花式溜冰選手還是可以輕易地在更低的溫度中優雅地滑行,當然也會發生滑倒的醜態。

還有,壓熔效應也無法解釋為何穿平底鞋的人也可以在冰面上滑行,因為平底鞋作用在冰上的表面積比溜冰選手的冰刀還要多,表面積增加,作用在冰上的壓力就會減少,理論上來說應該不容易滑行。

現在比較可信的說法是,在冰面上滑行與磨擦力有關,冰刀刀身或鞋底對冰產生摩擦力,使冰表層變熱,然後冰表層就會熔解,所以容易滑動。

另一個說法是,可能冰表層本身就是滑的,理由是在冰面表層上的水分子本來就比較容易產生共振等不穩定狀態,因為在表層上方沒有任何水分子可以使其保持在固體狀態,因此這些水分子在熔點之下,仍然是未結凍的液體狀態,這是物理學家法拉第在1850年實驗發現的觀念。

已經是什麼時代了,這個問題還是有爭議,兩種說法都不無可能發生,也許還有連帶關係有說不定,到底真相如何?我看科學家還要花一段時間爭辯。

水似乎是很簡單的分子,但是了解水的分子結構後,你會發現水有一股難以抵擋的神祕魅力,水分子「H2O」顧名思義就是由兩個氫原子以「V」字型與中間的氧原子相互連結,平常吃到的冰,科學家叫它做「Ice Ih」,也就是水分子以六邊形的結構連接在一起,「Ice Ih」內的「h」就是六邊形(hexagonal)的意思,冰的另一種變化「Ice Ic」,是漂浮在大氣層的冰晶,形式是立方體結晶,「Ice Ic」內的「c」就是結晶體(crystals)的意思。冰的晶體結構鬆散,這就是冰塊的密度比水還要低的原因,水分子透過氫鍵結合起來,在固態冰中,水分子大範圍地以氫鍵互相聯結形成相當疏鬆的晶體,從而在結構中有許多空隙,造成體積膨脹,密度減小,因此冰能浮在水面上,所以氫鍵比任何原子鍵還要薄弱。

沒想到冰雪的學問也這麼大,這些科學家還真是冰雪聰明。

註:花式滑冰單人規定花式項目稱為「短曲」(short program),指定動作包括:跳躍、旋轉和連接步,參賽者必須於時間限制之內完成所有規定動作,自選花式項目又稱為「長曲」(long program), 參賽選手之表演動作及服裝並無任何限制,可由參賽選手自由發揮。 

台長: deja vu
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