河流结冰,行走安全吗?

北方的冬季河流常常会结冰,此时踏冰就成了户外活动的一个热门。冬季行走在冰面上首先应该考虑的是安全问题,一旦冰面破裂落入水中后果会很严重。宏观上分析,冰面的安全性取决于两个因素,一是冰的硬度,二是冰的厚度。

推理小说中有一个桥段,凶手将水冻成锥子的形状,用冰锥刺杀受害人,作为凶器的冰会化为水,进一步蒸发,从而使得凶器“消失不见”。这一手法从科学的角度来分析是可行的吗?在分析可不可行之前,需要引入一个概念——莫氏硬度。
莫氏硬度由德国矿物学家腓特烈·摩斯(Frederich Mohs)首先提出,是表示矿物硬度的一种标准,又称摩氏硬度。莫氏硬度是用刻痕法将棱锥形金刚钻针刻划所测试矿物的表面,并测量划痕的深度,该划痕的深度就是莫氏硬度。根据测得的划痕的深度,硬度可以分为十级。
在实际操作中可以用A材料分别与B材料、C材料互划,如果A能够给B留下划痕,却无法动C分毫,则A的硬度就介于B和C之间。钻石是地球上天然存在的硬度最大的矿石,莫氏硬度为10。常见的材料,铁的莫氏硬度为4~5,黄金、吕、银的莫氏硬度为2.5~3。
冰的莫氏硬度和温度相关。0℃的冰莫氏硬度为1~2,-15℃的冰莫氏硬度为2~3,-40℃的冰莫氏硬度为4。当冰的温度达到-50℃时,莫氏硬度将达到6,超过了不锈钢的硬度!北京的冬天气温在夜里可以低于-15℃,因此冬季的冰硬度已经接近金属了,的确可以作为凶器。同样的,由于冰具有相当的硬度,从硬度的角度来分析行走在冰面上是安全的。
然而,硬度大并不代表就耐X。生活中有一种常见的材料,具有相当大的硬度,却非常的易碎——玻璃。
冰面的破裂并非是被“压碎”,更像是断裂。脆性指的是材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。冰的性质介乎于脆性材料与韧性材料之间。冰的脆性和水的纯净度有关,也和冰块的厚度(直径)相关,受厚度的影响很大。较厚的冰层具有一定的韧性,受到冲击后也较难发生断裂。
冰的厚度受到多种因素的影响,例如气温、水的厚度、水的流速、水面的风速等。其中,气温与风速对于冰的厚度影响较小,水深与流速影响较大。粗略而通俗地来讲,气温和风速对于冰来说都是来自外部的影响,而水面结冰之后相当于是河面披上了一层铠甲,内部的水会被外边的冰层保护起来。所以,水流缓慢且并不深的河流结成的冰是最为安全的。只要低温的天气持续的时间足够长,冰层的厚度就会越来越厚,有些地方别说是走人了,甚至可以开车。
综上所述,冰的厚度是决定踏冰安全与否最重要的因素。那么问题来了,如何判断冰的厚度呢?通过肉眼,利用所谓的光学判断来估算冰的厚度是非常不准的,唯一准确的测量方法是凿冰进行探测。但并不是说通过肉眼就完全无法判断,如果有些冰面出现了裂痕,通过裂痕可以粗略的估算一下冰的厚度。
事实上对于冰层的各种探测与估算,都不如实际走上去来的快。在面对未知的冰面时,可以先用大石头去砸,若是薄的冰层则直接会被砸破。通过这一步检验之后,可以在友人的帮助下踩一只脚进行试探,并逐渐将重心转移过去。当人能够平稳地站在冰面上后,可以蹦跳几下感受一下。
最后,还有最为简单的一个办法去判断踏冰是否安全——看看有没有别人在踏冰。如果别人行走在上边是安全的,那么就上去走吧!

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