冰格里一块普通的冰，为什么会自己竖起一根透明“天线”？

撰文 | OF

图源：wiki

整盒冰块都老老实实地躺在冰格里，表面略微鼓起。只有其中一格，竖着一根透明的细刺。

它可能笔直朝上，也可能斜着伸出去，像天线、针头，或者一座缩小了的冰塔。尖端很细，根部却和冰块连成一体。

图源：文献

它确实是自己长出来的。

加州理工学院的肯尼思·利布雷希特和凯文·刘曾专门用普通塑料冰格研究这种结构。

实验中，常见冰尖长10—50毫米，最长可超过5厘米。它看似是一根实心冰锥，实际上在生长时更像一根装着水的中空冰管。

水放进冰格后，表面和四周先结冰，中央最后留下一小块没有封住的水面。

实验拍摄的四阶段连续图。它显示冰晶逐渐铺满水面，未冻结的多边形孔洞缩小，水从孔洞中鼓起；最后还出现了水漫过冰面的情况。

水结成冰时，体积会增加约9%。随着外层冰壳不断增厚，内部尚未冻结的水被挤压，只能从最后的小孔向上冒。

如果水直接漫开，只会冻成一个鼓包。但如果小孔边缘先结出一圈薄冰，下面的水又持续被挤上来，就会出现一种巧妙的循环：

水升到管口，边缘冻结；再升高一点，再冻结一圈。

冰管因此从顶端一截截长高，直到管口封死，或者内部的水全部冻结。

表面冰层只留下一个孔，下面继续结冰产生的体积变化把液态水向上推；水到达管口后，沿边缘冻结，使中空冰管从顶端不断增长 图源：文献

这也解释了为什么一整盒冰里通常只有少数几格长出尖塔。冰尖需要水上升的速度和管口结冰的速度恰好匹配：水来得太快，会漫到冰面上；冻得太快，小孔又会立刻封死。

实验发现，较纯的水更容易产生冰尖，约零下7℃时出现概率较高，适当的空气流动也有帮助。条件合适时，普通冰格中相当一部分冰块都可能长出10—50毫米的尖刺。

图源：the wonder of science

所以，那根透明“天线”，其实是冰块彻底封闭前留下的一条临时出水通道。内部的水被结冰膨胀挤向唯一出口，又恰好在出口边缘逐圈冻结，于是把几分钟内发生的过程，保存成了一根细长的冰塔。

图源：giphy

鞋带并不是“一定”会散开。但只要结打得不够牢，走路产生的反复冲击，就可能让它突然失效。

研究人员用高速摄影记录鞋带松脱的过程，发现这需要两种力量配合。

第一种来自脚落地。每迈一步，鞋底撞击地面，鞋子会突然减速，鞋带结也随之被反复拉扯和挤压。原本依靠摩擦力卡住的绳段，会在一次次震动中逐渐松动。

第二种来自鞋带末端的摆动。腿向前迈时，两根鞋带头像小鞭子一样来回甩动。结一旦出现一点空隙，绳头的惯性就会继续把它向外拉。

也就是说，落地冲击负责把结“震松”，鞋带摆动负责把绳头“抽出”。两种作用不断叠加，鞋带结往往会在看似正常的状态下突然崩开，而不是一点点慢慢散掉。

跑步时，落地冲击和鞋带摆动更剧烈，因此更容易松脱。把鞋带打成结构对称的平结，而不是容易歪向一侧的假平结，通常会牢固得多。

图源：giphy

被子的作用，是把身体散出的热量困在身边，形成一层温暖、相对静止的空气。脚一旦伸出被子，这层“保温空气”立刻消失，皮肤开始直接向较冷的房间散热。

散热主要有几条途径：周围空气带走热量，皮肤向四周辐射热量，脚部残留的汗液蒸发时也会吸热。如果房间里还有风或空调，空气不断流过皮肤，冷却速度会更快。

脚又属于身体末端，表面积相对于体积较大，皮下脂肪通常不厚，自身产生的热量也有限。感到寒冷后，身体还会收缩脚部皮肤附近的血管，减少温暖血液流向末端，以优先维持躯干和重要器官的温度。这虽然能保护核心体温，却会让脚的皮肤温度下降得更明显。

此外，被窝内外温差很大，脚上的冷觉感受器会对这种突然变化迅速作出反应。因此，刚伸出去的几秒钟，主观上的“冷”往往比实际降温还要强烈。

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参考资料：

Libbrecht, K. G., & Lui, K. “An investigation of laboratory-grown ice spikes.” Journal of Glaciology, 50(170), 371–374, 2004. DOI: 10.3189/172756504781830015.

Hill, L., Lozowski, E., & Sampson, R. D. “Experiments on ice spikes and a simple growth model.” Journal of Glaciology, 50(170), 375–382, 2004.

Knight, C. A. “An exploratory study of ice-cube spikes.” Journal of Glaciology, 51(173), 191–200, 2005. DOI: 10.3189/172756505781829368.

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