近几日,我国北方大部分地区迎来了大雪天。身在北京的物理王大师有这样一种感觉:不晒条雪景的朋友圈,好像是一种犯罪·······
所以我决定用另一种方式表达我的情感,一起来盘点一下和"下雪"有关的物理考点。
No1. 雪是怎么形成的?
雪实际上就是小冰晶,其形成过程非常复杂,涉及到的物态变化主要是凝华、凝固。
云层中,雪最先以肉眼看不到的一颗微尘粒子形状存在,叫做晶核,通常会在低于零下10℃的环境下形成。而晶核的形成有可能是云层中的液态水凝固而成,也可能是水蒸气直接凝华变为固态的冰晶。周围的水蒸气继续冷却,就会围着晶核继续凝华,使晶核逐渐变大,成为雪晶,当雪晶增大到气流托不住时,便落到地面,这就是雪花。
No2. 下雪不冷化雪冷?
“下雪不冷化雪冷”是一句谚语,意思是说下雪的时候人不会感觉很寒冷,而雪后熔化的时候,会比想象的要冷的多。
在大部分情况下,当雪开始下时,空气中的湿度会增加,并且风速可能会减小,人的体感温度没有很低。另一方面,当雪开始熔化时需要从外界环境吸收大量的热,使得环境相对变得更“冷”。
No3. 雪为什么是白色的?
忽如一夜春风来,千树万树梨花开。雪实际是无色透明的晶体,但远看却是白色的,这主要是因为它反射了几乎所有的光。
当阳光照到雪花上时,大部分光线都会在冰晶内部反射和折射,并最终从另一侧透出。由于雪花结构复杂且无规则,所以每个冰晶对光线的散射方向都可能不同,这就导致了所有颜色的光(即白光)都被等量地散射出去。
No4. 雪后为什么更安静?
大雪过后,万籁俱寂,这是因为新鲜的雪疏松多孔,当声波从外面进入这些孔时会发生反射。因为孔通常内部大,直径小,而大部分声音会被吸收。一段时间后,积雪由于熔化塌陷,吸声性能就差了很多。
No5. 为什么雪地那么滑?
有的人喜欢下雪天,因为可以拍雪景、打雪仗,但每年雪天都会出现大量的交通事故、跌打损伤。冰雪表面为什么这么滑?其原因不在于冰雪本身,而在于其表面的水,类似于玻璃砖很光滑,但只有沾水的情况下人才会摔。
踩在冰面上的时候,接触点压强大导致冰的熔点降低,短时间熔化,导致冰面多了一层水,就如同润滑油一样大大减小了摩擦系数,所以人就容易滑倒。
No6. 滚雪球的原理?
原本松软的雪,为什么捏一下就可以变成硬的雪球?雪是微小的冰晶,受到外部挤压时熔点降低,发生熔化。捏成雪球后不再给它压力,熔化的部分又重新结冰,把其余没有熔化的冻结成型,所以捏好后的雪球可以保持形状。
滚雪球时也是利用雪球本身重力,实现雪“熔化”→“凝固”的过程。
No7. 为什么下雪之后要在路上“撒盐”?
雪后路面撒的实际是“融雪盐”,即氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾等易溶于水的物质。盐混合到雪(冰)里,可以降低冰的熔点,或者说降低水的凝固点。这种情况下,雪更容易从固态转化为液态,即更容易熔化。
No8. 雪花为什么是六角形?
组成雪花的结构是水(H2O),水分子的结构注定了雪花是六边形。具体来说,一个水分子由一个氧原子和两个氢原子组成,三个原子不是一字排列的,而是弯的,水逐渐结冰的过程就是水分子彼此结合在一起的过程,因为氢原子之间的夹角是104.5度,所以六边形的结构是最稳定的。如此一来,水蒸气会直接凝结在已经存在的冰晶上,并沿着六边形的模式增长。
但由于空气温度和湿度等环境条件不断变化,每个新添加到雪花上的水分子可能会呈现出不同的生长模式,从而导致每片雪花都有其独特且复杂的设计。
来源: 物理王大师