氷がなぜ滑るのか、実はまだわかっていない

 

● 氷の持つとても特殊な性質。滑る、増える、与える

2018年1月後半の大寒波では日本海側だけでなく関東地方にも雪が降り、転倒や車のスリップなどで700人以上がケガ(*1)をしました。

それは氷という物質(H2Oの固体状態)の持つ、ある特殊な性質からくるものでした。それが「滑る」です。

もちろん、鉄板の上に水や油が撒かれていれば滑りますが、乾いた鉄板であればいくら寒かろうが熱かろうが、滑ることはありません。でも氷は、水が撒かれてなくとも滑るのです。なぜなのでしょう。

他にも氷は、他の物質にない特殊な性質をいろいろ持っています。その2つ目が「増える」です。ふつうの物質は、液体から固体になるとき、体積が減ります。たとえば溶かしたパラフィン(洋ロウソクの原料)を、コップに入れて冷やしていくと真ん中が大きく凹みます。体積が15%も減るからです。

でもH2Oの場合には逆です。固体(氷)になると体積が10%増えるので、液体(水)に浮くようになります。

*1 関東1都6県で死者2人、けが人719人(1月23日午前9時現在)

氷の特殊さの3つ目は「与える」です。H2Oは気体→液体のときに周りに与える熱量=凝集熱(逆が気化熱もしくは蒸発熱)も、1gあたり532calと他の物質に比べ圧倒的(*2)ですが、液体→固体の凝固熱(逆は融解熱)も80calと銅の2倍、鉄の13倍、液体酸素の24倍に達します。氷はできるときに、多くの熱を周りに与えるのです。

● 氷はなぜ増えるのか。それは

「滑る」の話にいく前に、水が凍ると体積が増える(*3)理由を説明します。

ふつうの物質は、固体になるとき分子間の隙間が減って、ぎゅっと締まるので体積が減ることになります。密度が上がるので、体積当たりでは重くなります。

H2O分子の特長はその非常に強い分極性(双極性モーメントという)にあります。遠くから見ると電気的に中性ですが、近寄るとプラスとマイナスが狭い範囲で強く分かれているのです。

磁気と電気は異なりますが、H2O分子はもの凄く小さな強力磁石のようなものとイメージしてもいいでしょう。これが相手の物質に張り付いて、分子をひとつひとつ引き剥がし、自分たちの隙間に取り込んでいくのです。これが水にものが良く溶ける理由なのですが、これはH2O分子同士でも同じ。

H2O分子は、H2O分子のなかに上手に取り込まれているのです。

ところが、固体になると分子は行儀良く整列しなくてはならないので、逆に隙間ができて体積が増えるというわけです。

まさにこの「増える」性質のために、海や川の生物は冬でも死なずに済んでいます。もし氷が水より重かったら大変です。寒気によって冷やされた水は凍って海底に沈みます。代わりに温かい水が海面に上がって、大気に冷やされまた海底に沈みます。海底からドンドン凍っていって、最後には住む場所がなくなってしまいます。

でも、逆なので、氷はまず海面を覆い、それ以上の寒気が海水に触れることを拒絶(*4)します。上から徐々に凍ってはいきますが、熱伝導率が低く凝固熱が大きいので、簡単には増えません。

*2 ベンゼンの4倍、エタノールの5倍、液体窒素の13倍。
*3 水の密度は3.98℃で0.99997g/cm3、氷の密度は0℃で0.9168g/cm3。ゆえに凍ると体積はおよそ10%も増加する。
*4 氷の熱伝導率は2.10W/m/K。ガラスの2.7倍ではあるが、アルミの110分の1、銅の200分の1。
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こし

ツルツルするからだろ?

目隠し

ワイがなぜスベるのかも実はまだわかってないぞ

まゆ八重歯

↑絶対に誰か言うと思ってたら言ったわwwww

メットくん

ハッピーボーイなら知ってるかも

まゆ八重歯

ワオ!

ドアホ!

 

 

まゆ八重歯

↑友近さんの切ない表情ワロタwwwww

ネコめがね(笑)

科学者無能すぎワロタ

しん

氷より滑るスケートリンクつくれないかな

ピンク

エアホッケーの原理でスケートリンク作れば、
摩擦がゼロになるそうな。

鳥仮面

濡れてない氷は滑らないぞ

ネコめがね(笑)

すべるの水だろーーー

らん

滑る理由が解らないならスタッドレスがアイスバーンに効かない事が理解出来ます。(笑)
滑る理論が解明されたらスゴいスタッドレスが出来るのでしょうね!

モヒカン

『氷がなぜ滑るのか、実はまだわかっていない』ならば、スタッドレスタイヤは滑る原因もわからないままに作られているの?
だとしたら怖いなぁ…。

カグヤ

スタッドレスタイヤの開発者が、氷は滑りません。
その上の僅かな水が物を滑らせるのです。だからタイヤに効率良く
水を吸い込ませる隙間を作り、滑らないようにしたのがスタッドレスタイヤです。と、言っていたよ。

まゆ八重歯

スタッドレス履いて氷でも普通に止まれると思って運転してる奴の方が怖いわ(笑)

ピエロ

雪がなぜ崩れるのか?これもまだわかっていない
つまり氷がいつどこで滑るか、氷がいつどこで崩れるかは
全く予測不能

雪山登山がいかに無謀かよくわかります

しん笑

実はわかっていないことって結構あるよね

重力や引力だって、因果関係から説明できるっていうだけで、
実際にはその存在を科学的に証明できていないし

世の中はまだまだ不思議だらけだよ

ネコめがね(笑)

滑る理由が分からないのか?
靴の僅かな摩擦により溶けて水になり滑る。
濡れたタイルの上が滑るのと同じ事や。
違う??

 

 

メットくん

良く分からんが、単純に溶けた水がベアリングの役割を果たしてるって事なんじゃないの?
ハイドロプレーニング現象とはまた違うのかな?
理論は同じ気がします。

ハイドロプレーニング現象(ハイドロプレーニングげんしょう、英: hydroplaning)、またはアクアプレーニング現象(英: aquaplaning)とは、自動車などが水の溜まった路面などを走行中に、タイヤと路面の間に水が入り込み、車が水の上を滑るようになりハンドルやブレーキが利かなくなる現象。 水膜現象ともいう。

ピンク

実際には摩擦の原理自体が解明されてないというのが本当。

分子結合の弱い介在物が摩擦面に存在すると摩擦係数が低下することはわかってるから、氷の表面の水の影響はまだわかりやすい方。
これが固定潤滑剤とかになると更に複雑になる。

かん普通

中学受験の知識が少し必要な記事だったかもしれませんね。
でも、おもしろかった。

ピエロ

シベリアのどこかでは氷結した川が冬季の理想的な道路だとNHKでやってたな

ピンク

麻酔薬もホントのとこは解ってない。
ある薬を適量使うと寝てしまうということは解っているが、ナゼそうなるのかまでは解明されてない。

カグヤ

マイナス30度くらいだと、ノーマルタイヤでも雪道を走れると聞いた事があります。
水の膜ができないからだそうです。

なので、水の膜ができる説 だと思ってました

らん

分かります。ドライアイスは滑りませんもんね(皮膚などには逆にひっつきますが)温度の高い氷は溶けて表面にどんどん水の膜が生まれるのでツルツル滑りますね。
水の膜がおそらく正しいと思います。

ぺろ

ドライアイス、水じゃないけどね・・・

ピエロ

すっかり水の膜だと思ってた。
そもそも、膜が無くても氷自体が低摩擦な物質だとか?
大量の熱を運べるお陰で地球は激しい温度差がなく快適だ。
身近な物質なのに不思議だらけ。

ちび笑

冬は-30℃以下になるカナダの極北に住んでいたことがあります。どの車も一年中ノーマルタイヤでした

まゆ八重歯

↑雪が消えかける季節だと、そうもいかないんじゃない?

 

 

ジジ

カナダのイエローナイフ鉱山への物資のトラック輸送に、冬場は凍結した湖を道路として使うんだけど、真冬の温度が下がる時期は、サマータイヤを使うってやってたなぁ。
よく分かりませんねぇ。

こし

北海道あたりの雪と海外の雪じゃ質が違うみたいですよ。昔、オリンパスラリー?だったか?で気温が下がると氷も砂利とおんなじだ!って誰かが言ってたような?

鳥仮面

氷だけじゃない 水をかけると濡れる 当たり前の事も実は分かっていなかった

仮面

石を投げると地面に落ちる こんな事も分かっていなかった

こし

食べる前にのむ

ジジ

氷がなぜ滑るのかと、頭がなぜハゲるのかは、同じ命題である

メットくん

そんな事より、水って不思議だろ

ちょうど0℃で凍って、100℃で沸騰して、1ccがちょうど1グラムなんだぜ

まゆ八重歯

この記事が滑ってるってオチ?

こし

織田裕二が「乾いた氷は滑らない」っつってたぞ

物理学者も降参!中世から今だに謎のまま・・カーリングのストーンはなぜあのように曲がるのか?