Trượt băng

Trượt băng là di chuyển trên băng bằng giày trượt băng.
Người ta trượt băng vì nhiều lý do khác nhau: rèn luyện sức khỏe, du lịch, giải trí và trong một số môn thể thao mùa đông. Mọi người có thể trượt băng trên những sân băng trong nhà và cũng có thể trượt trên sông, hồ đóng băng.

Lịch sử ban đầu

Nghiên cứu cho thấy rằng việc trượt băng đã xảy ra sớm nhất tại miền nam Phần Lan hơn 4.000 năm trước. Điều này đã được thực hiện để tiết kiệm năng lượng trong các chuyến đi vào mùa đông. Trượt băng thực sự nổi lên khi một lưỡi thép với các cạnh sắc được sử dụng. Giày trượt bây giờ cắt vào băng thay vì lướt trên nó. Việc thêm các cạnh vào giày trượt băng được phát minh bởi người Hà Lan vào thế kỷ 13 hoặc 14. Những đôi giày trượt băng này được làm bằng thép, với các cạnh sắc nhọn ở phía dưới để hỗ trợ chuyển động.
Cấu trúc cơ bản của giày trượt băng hiện đại vẫn không thay đổi nhiều kể từ đó, mặc dù khác nhau rất nhiều về các chi tiết, đặc biệt là về phương pháp liên kết và hình dạng và cấu tạo của lưỡi thép. Tại Hà Lan, trượt băng được coi là phù hợp với mọi tầng lớp nhân dân, như được thể hiện trong nhiều bức tranh của các họa sĩ chuyên nghiệp ngày xưa.
Trượt băng cũng được thực hiện ở Trung Quốc trong triều đại Nhà Tống, và trở nên phổ biến trong gia đình cầm quyền của Nhà Thanh.

Nổi lên là một môn thể thao

Trượt băng trở nên phổ biến như một trò giải trí, một phương tiện giao thông và môn thể thao dành cho khán giả ở vùng Fenlands ở Anh dành cho mọi người từ mọi tầng lớp, được thực hiện bởi người lao động, hầu hết là lao động nông nghiệp. Người ta không biết từ khi nào các trận đấu trượt băng đầu tiên được tổ chức, nhưng vào đầu thế kỷ XIX những cuộc đua đã được tổ chức và kết quả của các trận đấu đã được đăng trên báo. Trượt băng như một môn thể thao được thực hiện trên các hồ tại Scotland và những con kênh tại Hà Lan. Trong thế kỷ 13 và 14 gỗ được dùng làm lưỡi giày trượt thay cho xương, và năm 1572 những chiếc giàu trượt sắt đầu tiên được sản xuất. Khi nước đóng băng, những trận đấu trượt băng được tổ thức tại các thị trấn và làng tại vùng Fenlands. Trong những trận đấu địa phương này đàn ông (hoặc đôi khi là phụ nữ hoặc trẻ em) tranh đấu vì giải thưởng là tiền, quần áo hoặc đồ ăn.
Những người chiến thắng trong các trận đấu địa phương được mời tham gia các trận đấu lớn hoặc trận đấu tranh giải vô địch, trong đó các vận động viên trượt băng từ khắp vùng Fenlands sẽ cạnh tranh để giành giải thưởng tiền mặt trước hàng ngàn người. Các trận đấu vô địch có hình thức của một cuộc thi chính của người xứ Wales hoặc cuộc thi "người đứng cuối cùng". Các đối thủ cạnh tranh, 16 người hoặc đôi khi là 32, đã được ghép đôi trong các cuộc đua và người chiến thắng của mỗi cuộc đua đã đi qua vòng tiếp theo. Một khoảng cách 660 thước Anh đã được đo trên băng và một cái thùng có cờ trên đó được đặt ở hai đầu. Đối với một cuộc đua dài một dặm rưỡi, các vận động viên trượt băng phải hoàn thành hai vòng thi, với vòng quay ba lần.

Cơ học vật lý của trượt băng

Một chiếc giày trượt có thể lướt trên băng vì có một lớp phân tử băng ở bề mặt không bị ràng buộc chặt chẽ như các phân tử của khối băng bên dưới. Các phân tử này ở trạng thái bán lỏng, cung cấp dầu bôi trơn. Các phân tử trong lớp "gần như chất lỏng" hoặc "giống như nước" này ít di động hơn nước lỏng, nhưng di động hơn nhiều so với các phân tử sâu hơn trong băng. Ở khoảng −250 °F (−157 °C), lớp trơn này dày một phân tử; khi nhiệt độ tăng, lớp trơn trở nên dày hơn.
Từ lâu, người ta đã tin rằng băng trơn vì áp lực của vật tiếp xúc với nó làm cho một lớp mỏng tan chảy. Giả thuyết được đưa ra là lưỡi của một chiếc giày trượt băng, gây áp lực lên băng, làm tan chảy một lớp mỏng, cung cấp dầu bôi trơn giữa băng và lưỡi dao. Giải thích này, được gọi là "tan chảy áp lực", bắt nguồn từ thế kỷ 19. Tuy nhiên, điều này không giải thích cho việc trượt băng ở nhiệt độ băng thấp hơn −3,5 °C, trong khi những người trượt băng thường trượt trên băng ở nhiệt độ thấp hơn. Vào thế kỷ 20, một lời giải thích khác, được gọi là "gia nhiệt ma sát", đã được đề xuất, theo đó ma sát của vật liệu làm cho lớp băng tan chảy. Tuy nhiên, lý thuyết này cũng thất bại trong việc giải thích trượt băng ở nhiệt độ thấp. Trên thực tế, không có lời giải thích nào giải thích tại sao nước đá trơn trượt khi đứng yên ngay cả ở nhiệt độ dưới 0 độ. Một tính toán chi tiết về sự phụ thuộc vào vận tốc của ma sát đã chỉ ra rằng lực ma sát có tỷ lệ là căn bậc hai của vận tốc, điều này có thể giải thích tại sao băng vẫn trơn trượt ngay cả khi vận tốc thấp.