単なる「水の層」のせいではありませんでした。

中国の北京大学(PKU)で行われた研究により、氷が滑りやすい本当の理由が明らかになりました。

氷が滑りやすい理由について、私たちは長い間、圧力や摩擦によって表面に生成される水の層が原因だと信じてきました。

しかし近年では、氷の滑りやすさがそれらでは説明できないことが明らかになっています。

氷を滑りやすくしていたものの真の正体とは、いったい何だったのでしょうか?

研究内容の詳細は2024年5月22日に『Nature』にて発表されました。

目次

  • 圧力や摩擦で氷が解けていたわけではない
  • 氷の表面を覆っているものの正体を突き止める

圧力や摩擦で氷が解けていたわけではない

冬場に氷の上で滑って転んでしまった経験を持つ人は多いでしょう。

氷は知られている物質のなかでも、特に滑りやすい特性を持っていることが知られています。

この氷が持つ滑りやすい性質は、表面に出現する液体の水の層が潤滑剤として作用するためであることが知られています。

しかし実際には、マイナス30℃やマイナス40℃など、水が液体として存在できない環境でも、氷は滑りやすいままです。

そのため一般には「圧力が氷を溶かして水の層を作る」とする圧力説が信じられていました。

たとえば氷点下の環境でスケートができるのも、スケートの刃が氷に対して圧力をかけたり摩擦熱を生じさせ、部分的に滑りやすい水を生成しているとする考えです。

下の図は氷・水・水蒸気の関係を示したものです。ちょっと分かりづらい図ですが、273.15Kが0℃で、1気圧は約10万(10⁵乗)Paです。

そのためこのグラフを見ると、圧力が1気圧より高まった場合、0℃より低い温度でも氷が水になるということがわかります。

氷Ih相と水と水蒸気の関係。通常の3相とは違い水と氷の間のラインが右肩下がりになっている
氷Ih相と水と水蒸気の関係。通常の3相とは違い水と氷の間のラインが右肩下がりになっている / Credit:日本機械学会誌