Трактат о воде. 7. 0

      Разговор здесь и сейчас пойдет о том, почему лёд
скользкий и как это объяснял самый известный русский
популяризатор науки Яков Исидорович Перельман (1882-
1942). В книге ,,Занимательная физика'', первой книге,
увидевшей свет в 1913 году в шестой главе с названием
,,Тепловые явления'' имеется статья ,,Почему лед скользкий''.
Надо сказать, что мое знакомство с двумя книгами Я.И.
Перельмана ,,Занимательная физика'' произошло в далеком
1966 году, когда я учился в пятом классе. Многие годы эти
книги для меня были непогрешимыми источниками
информации, вплоть до нынешнего 2024 года.
       Мое мнение изменилось нынче при прочтении статьи
,,Почему лёд скользкий''. Скажу прямо — обнаружил сразу
несколько ошибок в этой маленькой статье. Также в статье
отсутствуют объяснения некоторых моментов, которые было
бы желательно объяснить.
      Наверное, чему-то, каким-то моментам может служить
оправданием то, что в в 1913-м году еще не были известны
научные данные о льде, которые известны сейчас, например,
о структуре льда, насколько градусов изменяется температура
плавления льда при повышении давления на одну атмосферу.
     Тем не менее, остается непонятным, почему Яков
Исидорович выбрал гипотезу от 1849 года братьев Томсонов,
один из которых позже станет лордом Кельвином, а не
гипотезу от 1850 года Майкла Фарадея.
      Можно напомнить, что гипотеза братьев Томпсонов
заключалась в том, что лёд становится скользким из-за
образования на нем пленки воды под действием
увеличившегося давления. По гипотезе Майкла Фарадея
тончайшая пленка воды существует при отрицательных
температурах на поверхности льда даже при нормальном
атмосферным давление без всякого добавочного давления.
     Обратимся к статье, к её отдельным фразам. Например.
,,Под большим давлением лёд тает при пониженной
температуре; если , например, лёд имеет температуру -5
градусов Цельсия, а давление коньков понизило точку
плавления льда, попираемого коньками, более чем на 5
градусов Цельсия, то эти части льда будут таять*). Что же
получается? Теперь между полозьями коньков и льдом
находится тонкий слой воды — неудивительно, что
конькобежец скользит.''
     Яков Исидорович Перельман человек был безусловно
умный и поэтому он подстраховался. Внизу странички у него
в статье идет расшифровка сноски.
     ,, *) Теоретически можно вычислить, что для понижения
точки таяния льда требуется весьма значительное давление
(130 кгс на квадратный сантиметр). Производит ли
конькобежец такое огромное давление на лед? Если
распределить вес конькобежца на поверхность полозьев
коньков, то получатся числа гораздо меньше. Это доказывает,
что ко льду прилегает вплотную далеко не вся поверхность
полозьев, а лишь ее часть.''
   Ученик четвёртого класса, прочитавший данную статью,
всего скорее поверит сказанному, а вот школьник старших
классов может усомниться, и, усомнившись, может начать
задавать вопросы. Например, может задать такой вопрос -
    В приведенном примере с минус пятью градусами
Цельсия на какую все же величину снижается температура плавления
льда? На шесть градусов, а может на девять? Хорошо, пусть
даже на девять. Но если тот же конькобежец выйдет на лед,
когда температура воздуха и льда минус 20 градусов Цельсия,
то при снижении температуры плавления льда на 9 градусов,
 лед будет таять?! Или не будет таять?! И тогда лед не будет
скользким?
     Человек массой 80 кг стоя на коньках развивает давление
на лед  примерно в 10 атм. Тот же человек, стоя на
лыжах развивает на лед давление в 0,04 атм. Разница в 250
раз! Вряд ли при давлении на него в 0,04 атм лед начнет
плавиться, но удивительное дело — и под лыжами лед
скользкий!
      Если мы обратимся к науке гляциологии, то в книге
Войтовского К.Ф. ,,Основы гляциологии'' 1999 в главе
,,Льдообразование и кристаллическая структура льда'' на 19-й
странице можно прочитать ,,Температура плавления чистого
льда уменьшается с повышением давления на границе раздела
твёрдой и жидкой фаз примерно на 0.1 градуса С/МПа(0,01
градус С на 1 атм).''
    Получается действительно так — для того, чтобы
изменить температуру плавления льда на один градус,
требуется увеличить давление не менее чем на 100 атмосфер.
   И надо полагать, что Войтовский, говоря о давлении,
имел ввиду давление по всей площади контакта, а не на
отдельных маленьких неровностях контактирующих
поверхностей.
   Напомним еще раз. Давление на лед у конькобежца — 10
атм, у лыжника — 0,04 атм. А скользят по льду оба прекрасно.
   Удивляет и попытка Я.И. Перельмана объяснить
причины, почему дети могут лепить снежки, используя для
этого зависимоcть температуры плавления льда от давления.
    Цитата из его статьи. ,,Понижением точки таяния льда под
значительным давлением объясняется и множество других
явлений обыденной жизни. Благодаря этой особенности льда
отдельные куски его смерзаются вместе, если их сильно
сдавливать. Мальчик, сжимая в руках комья снега при игре в
снежки, бессознательно пользуется именно этим свойством
ледяных крупинок (снежинок) смерзаться под усиленным
давлением, понижающим температуру их таяния.'' …  ,, Вы
понимаете теперь, конечно, почему в сильные морозы снег
образует рассыпающиеся снежки'''...
     Выше уже говорилось, что для того, чтобы температура
плавления снизилась на один градус, нужно приложить
давление в 100 атмосфер. Допустим температура на улице
минус три градуса.
      Граждане!!! Это что же получается?! Мальчик своими
слабыми ручками должен развить давление в 300 атмосфер?
   Это возможно?! Может есть какая-то другая причина,
объясняющая почему мальчику удается слепить снежок? А
что, если предположить, что нет необходимости сдавливать
снег с такой силой, чтобы развилось давление в 300 атм для
плавления снега?
     Человеку, который всю свою жизнь прожил в Африке,
разумеется, всего скорее неизвестно, что снег бывает разный,
и ему вряд ведомо, из какого снега дети лепят снежки. Но мы -
то с вами живем в России и знаем из какого снега лепятся
снежки. Они лепятся из свежевыпавшего снега при
температуре воздуха, близкой к нулю градусов, и этот снег —
ВЛАЖНЫЙ. Он влажный из-за тех атмосферных условий в
которых формировался.
    То, что я сейчас говорю, это моя личная точка зрения. Этот
влажный снег обладает таким замечательным свойством как
пластичность. Вследствие своей пластичности снежинки даже
при довольно слабом сжатии плотно сливаются по всей
площади прикосновения друг с другом.
      Попробуйте при той же температуре воздуха слепить
снежок из снега взятого из старых слоев снега. Даже
взрослый человек при больших усилиях вряд ли сможет
слепить снежок. Потому что он менее влажный, у него другая
структура кристаллов, они жесткие, хрупкие и при сжатии
будут просто ломаться, но не слипаться. Вы понимаете теперь,
конечно, что не только в сильные морозы невозможно слепить
снежок , но и то, что из старого снега при нескольких
градусах мороза снежок слепить трудно, практически
невозможно?
                7.12.2024
                P.S. Продолжение последует