Площадь лезвия (S): Примем длину (L) = 30 см = 0.3 м, ширину (w) = 2 мм = 0.002 м.
S = L * w = 0.3 * 0.002 = 0.0006 м² (это для одного конька).
Вес человека (Force, F): F = m * g = 80 кг * 9.8 Н/кг ≈ 784 Н (Ньютона).
Давление на одном коньке (P): P = F / S = 784 Н / 0.0006 м² ≈ 1 306 666 Па или ~13 атмосфер.
Вывод: Человек массой 80 кг создает давление около 13 атмосфер на лед. Этого более чем достаточно для плавления льда и создания водяной пленки.
Углубленный расчет: Насколько понижается температура плавления льда?
Используем формулу Клапейрона-Клаузиуса для льда.
Удельная объемная теплота плавления (L): ~ 3.03 * 10⁸ Дж/м³
Изменение удельного объема (ΔV): (Объем воды - Объем льда) = ~ (1.000 - 1.091) * 10⁻³ м³/кг = -0.091 * 10⁻³ м³/кг. Умножим на плотность льда (~917 кг/м³), получим ΔV ≈ -0.083 м³/кг.
Изменение температуры плавления (ΔT): ΔT = (T * ΔP * ΔV) / L, где T = 273 K, ΔP = 1 300 000 Па (наше давление).
ΔT = (273 К * 1 300 000 Па * (-0.083 м³/кг)) / (3.03 * 10⁸ Дж/м³) ≈ -0.097 К.
Вывод: Давление в 13 атмосфер понижает температуру плавления льда всего на 0.1°C. Этого достаточно, чтобы лед при -0.5°C под лезвием начал плавиться. Этот расчет подтверждает, что одного лишь давления часто недостаточно, и важную роль играет также теплота трения.
yaplakal.com