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物理学150年来の謎、氷の上は何故滑るのか、ついに解明される!



1:名無しさん:2021/02/21(日) 16:40:59.72 ID:CAP_USER.net
氷の上を滑れる理由が150年ぶりに解明される! マイナス7℃の氷がもっとも滑る

氷が滑る理由について、全人類は勘違いをしていたようです。

2月18日に『Physical Review X』に掲載された論文では、氷の上を物が滑るための条件として、表面の「水の層」が必要ないことが示されました。

氷の上を滑るときには表面に溶けた「水の層」が作られるとする説は150年前(1886年)から言われてきましたが、どうやら間違いだったようです。

では、何が氷の滑りやすさを決めていたのでしょうか?

目次

氷が滑る理由を150年ぶりに解明 氷はマイナス100℃で滑らなくなる
滑りやすさは凍ったままの分子たちの振動幅が決めていた
スケートの世界記録を出す方法



氷の上を滑るために「水の層」は必要ない / Credit:Physical Review X


■氷が滑る理由を150年ぶりに解明 氷はマイナス100℃で滑らなくなる

意外なことに、氷が滑る原因は長い間、物理学の大きな謎でした。

定説として「圧力や摩擦熱によって氷の表面に水の層が生じているから」というものが知られていますが、厳密には正しくなかったのです。

圧力で氷を溶かすには人間の体重を遥かに上回る非現実的な接触圧が必要であり、スケートブーツは摩擦熱をほとんど生じないような低速度でも、氷の上をよく滑りました。

つまり、氷の上を滑るためには、表面の「水の層」は必要な要素ではないのです。

では何が氷の上を滑りやすくしているのか?

疑問に答えるために物理学者たちは上の図のような原始的な機材を開発し、実験をおこないました。

結果、マイナス100℃になると、氷は滑らなくなる現象が発見されたのです。

(以下略、続きはソースでご確認下さい)

https://nazology.net/archives/83295


2:名無しさん:2021/02/21(日) 16:42:21.24 ID:qkIFHY3t.net
ソースはナゾロジー
4:名無しさん:2021/02/21(日) 16:47:46.79 ID:iNeDB8ds.net
やっぱりね
水分子の低音での振る舞いが関係してるも思ってたよマイナス7度が一番トランスミットするってわけね
5:名無しさん:2021/02/21(日) 16:47:59.78 ID:iNeDB8ds.net
僕は氷には詳しいんだ!
7:名無しさん:2021/02/21(日) 16:57:11.03 ID:VP+03U8w.net
この時期に滑るとか
縁起でもない
9:名無しさん:2021/02/21(日) 17:12:43.59 ID:QvWENnAF.net
すべる~滑る~俺ーたーち♪
29:名無しさん:2021/02/21(日) 19:09:25.64 ID:sW6GgXOt.net
>>9
すべーる、滑るとぉしばー、
が浮かんだ私は、意外にあなたと同世代?
11:名無しさん:2021/02/21(日) 17:42:18.77 ID:2gjf87jt.net
ワイの頭も-7℃やったんか
22:名無しさん:2021/02/21(日) 18:23:28.73 ID:9TageEwQ.net
>>11
すべってもうたな
寒いわ
12:名無しさん:2021/02/21(日) 17:42:28.90 ID:8FE1xJVH.net
氷の上を「何が」滑るのかが重要なファクターのはずなのだが、なぜそこに触れないんだ??
45:名無しさん:2021/02/23(火) 02:57:40.21 ID:T0CNGVDc.net
>>12
分子レベルの話をしてるのに「何か」なんてマクロなクソデカイものなんてどうでもいい
46:名無しさん:2021/02/23(火) 06:41:24.92 ID:Rb+8bTek.net
>>45
何かの表面の分子構造は影響すると思うが
47:名無しさん:2021/02/23(火) 07:07:15.70 ID:Q/QSRyBp.net
>>46
横からすまんが分子構造はミクロだろ
ま、マクロでも影響するけどね
じゃなきゃスパイクなんぞ誰も履かんし
13:名無しさん:2021/02/21(日) 17:53:13.43 ID:xQf9cH3B.net
水の層は圧力と摩擦で瞬時にわずかにできて
そのわずかな水の層は直後に瞬時に凍るので
調べても水の層が存在しなかったように見えるだけ
15:名無しさん:2021/02/21(日) 17:58:50.09 ID:7HpV/YjH.net
ただし、摩擦はないものとする。
17:名無しさん:2021/02/21(日) 18:11:01.12 ID:MqDmZYQG.net
これが本当なら、雪面でのタイヤのグリップ改善などにも応用できそう
28:名無しさん:2021/02/21(日) 19:08:03.32 ID:d0FnvQqx.net
>>17
雪と氷は全然違うのだ

車のタイヤでなら
スノータイヤとスタッドレスではパターンからしても全然違うしグリップする原理も違う

雪道ではラダー効果を利用してグリップする
雪をタイヤの圧力で楔型に踏み固めて
それを足掛かりにして進む
スノータイヤはトレッド面が深くて硬いほど効果的なのはそのためだ
スノータイヤにスパイクを打ち込んだのは、凍結路ではスパイクを氷に突き立てて進むため

スタッドレスタイヤは雪面はラダー効果で進む
しかし凍結路では表面を排水して水膜を作らせずに排水する事で、低温でも柔らかいゴムがグリップする
更にトレッドパターンの細かい面が角度を付けて氷を引っ掻いて進む

あんまりスケートとは関係ないのだ
スパイク禁止ならチェーン最強
当分変わらないだろうなあ
20:名無しさん:2021/02/21(日) 18:21:36.71 ID:5HvPgLiw.net
氷表面の可動な分子って、事実上、水の膜のことじゃ・・・
19:名無しさん:2021/02/21(日) 18:18:48.33 ID:gjmv6eBk.net
記事に

>この結果は、氷の滑りやすさを決めているのは、表面にある「水分子の可動性」であることを示します。

ってあるが、つまり表面が薄く液化してるってことじゃん

ってか、実際、水幕は観測されてるし

氷点下の氷表面水膜の謎を解明 北大が光学顕微鏡で
https://www.huffingtonpost.jp/science-portal/water-screen_b_9215252.html
氷点下でもできる氷表面の水膜は、氷が融けたためでなく水蒸気が氷の結晶表面に液体化してできることを、
北海道大学の研究グループが明らかにした。
最近では、圧力や摩擦がなくても氷表面が滑りやすいのは"潤滑油"の役割をする水膜(擬似液体層)が存在す
るためとの考え方が定着している。また表面融解現象は氷以外の多くの物質でも起きることが実証されている。
24:名無しさん:2021/02/21(日) 18:34:19.01 ID:FbWbWpY0.net
-100度とか上の物も一緒に瞬時に凍結結合して滑ら無さそうw
25:名無しさん:2021/02/21(日) 18:39:11.25 ID:8iWwGD8L.net
スタッドレスタイヤの動作原理を全否定かよw
38:名無しさん:2021/02/21(日) 21:33:13.88 ID:wdzsSWw8.net
>>25
走れてるからいいだろ(コナミ感
23:名無しさん:2021/02/21(日) 18:32:31.88 ID:vQwYj4y+.net
タイヤメーカー「ふざけるなよ」
26:名無しさん:2021/02/21(日) 18:45:42.93 ID:pyBMloR3.net
カーリングのストーンの滑りもそうなのかなあ?
なんか違う気がする
27:名無しさん:2021/02/21(日) 19:04:40.29 ID:D0Vef3yS.net
俺が学んだ大学の研究室でも氷の研究していて
当時は融解による摩擦抵抗減と、結晶転移による滑りの二分論があった
研究室の教授は転移論を支持していた
今回のニュースはそのどちらでもないことを示している
先生まだ存命ならいろいろ思うところあるだろう
32:名無しさん:2021/02/21(日) 19:35:28.05 ID:/xKzZ1X7.net
バナナで釘が打てます
39:名無しさん:2021/02/21(日) 22:12:50.30 ID:itZ2yfp+.net
>>1
スピードスケートならそれでいいけど、
東北の冬とかで道がスノーシューズでも滑る危ない日常の分析には
氷の表面が溶けてデコボコの無いなめらかな平面性を出すことができるのが
摩擦計数を0へ近づけていることが滅茶苦茶でかい

逆に一般的な雪は顕微鏡100倍ぐらいで見ると
このように空き間がたっぷりある



靴の足跡が付く道は、この空き間が押し潰され、
底面と同じような形のブロックができることで物理的抵抗性が高まり滑りにくい
41:名無しさん:2021/02/21(日) 23:17:30.36 ID:g0swxbD5.net
マイナス20度ぐらいのゲレンデでスキーが走らなくなるのと同じ?
42:名無しさん:2021/02/22(月) 09:28:27.49 ID:o0Z9ys+p.net
摩擦の少ないツルツルの平面(鉄板とか氷とか)が
濡れてると靴でもタイヤでも滑るけど
>>1が言うのはそれとはまた別?
スケートの時は特殊?
44:名無しさん:2021/02/22(月) 09:51:16.84 ID:eAkQabE7.net
タイヤを氷で作れば無敵ってことか?
48:名無しさん:2021/02/23(火) 20:45:45.72 ID:s0ANSTNd.net
nazology が間違ってるだけで論文は変なこと言ってないと思われ

Friction on Ice: How Temperature, Pressure, and Speed Control the Slipperiness of Ice
https://www.researchgate.net/publication/349139448_Friction_on_Ice_How_Temperature_Pressure_and_Speed_Control_the_Slipperiness_of_Ice
 > It is commonly believed that ice is slippery due to the
 > presence of a layer of liquidlike water on the surface of ice
 > which acts as a lubricant. However, the origin of this layer
 > and the resulting lubrication have been debated for more than 150 years.
49:名無しさん:2021/02/24(水) 13:15:06.90 ID:klxn2VJ7.net
ノーベル賞くるか
50:名無しさん:2021/02/24(水) 13:22:50.25 ID:uw7gqfDl.net
これってチコちゃんでやってた

物理学150年来の謎、氷の上は何故滑るのか、ついに解明される!
引用元:http://anago.2ch.sc/test/read.cgi/scienceplus/1613893259
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