1: 2018/02/02(金) 01:00:18.33 ID:CAP_USER
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。
http://dol.ismcdn.jp/mwimgs/3/e/670m/img_3efc2ba51062d3292662346688ec6a4947581.jpg

 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。

氷の特殊さの3つ目は「奪う」です。
H2Oは気体→液体のときに周りから奪う熱量=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、多くの熱を周りから奪うのです。

〈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。
http://dol.ismcdn.jp/mwimgs/e/d/670m/img_ed67863b28ed06835425b4d9314ce7c643682.jpg

 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。
http://dol.ismcdn.jp/mwimgs/f/8/670m/img_f862cf5cf4883e1617efbcd16d5fd69a28541.jpg

 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。

続きはソースで

ダイヤモンド・オンライン
http://diamond.jp/articles/-/157394
ダウンロード


引用元: 【化学】氷がなぜ滑るのか、実はまだわかっていない[02/01]

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3: 2018/02/02(金) 01:08:02.75 ID:A/rL7l4c
ワイがなぜスベるのかも実はまだわかってないぞ

4: 2018/02/02(金) 01:10:38.55 ID:3368D9WQ
>>3
髪の毛ないから

5: 2018/02/02(金) 01:14:08.91 ID:0y/R4lnw
>>3
受験とか入社試験?

98: 2018/02/02(金) 14:50:33.58 ID:A/rL7l4c
>>5
入試も就職も資格も試験だけはスベらなかった
でも友達や女の子の前では大事故なスベりを起こすのさ

6: 2018/02/02(金) 01:14:24.92 ID:UOCqpo2M
氷に圧力がかかったとき接する境界面の凝固点が下がり水になるからじゃないの

40: 2018/02/02(金) 03:52:29.81 ID:usUEHitY
>>6
圧力凝固点降下ではないよ
氷上で滑る理由はタイヤのCMでも解説しているように、氷との間に薄い水の膜が出来るから。
でも、圧力凝固点降下によるものだとすると、相当圧をかけないと融けない。
一応、大学で雪氷学単位取ってます。

126: 2018/02/03(土) 17:26:51.56 ID:2SIslCMj
>>40
なるほど。つまり、氷がなぜ滑るのかってのは
本当にまだ解明してないんだね?

7: 2018/02/02(金) 01:16:03.89 ID:ihiKIoB4
なんとなくだが

氷の表面には常に液体の水が存在している気がする

22: 2018/02/02(金) 02:01:46.69 ID:Vs3m+Jwm
>>7

 あれ、それが理由じゃなかったっけ?
 昔学研の漫画ではそう書かれてた。
 摩擦で氷の表面の一部が溶けて水になり、摩擦係数が減るって内容。

90: 2018/02/02(金) 12:58:27.89 ID:2AjosfTu
>>22
自分が言ってるのは、圧力とか摩擦が掛かるとじゃ無くて、常に

33: 2018/02/02(金) 03:13:09.89 ID:z6CijJ6A
>>7
マイナス30℃の気温の中で手で氷を触ったら滑るどころか貼り付くよ

90: 2018/02/02(金) 12:58:27.89 ID:2AjosfTu
>>33
それは皮膚の水分が凍り付くからだよね

11: 2018/02/02(金) 01:23:01.24 ID:MlLk1j5r
氷より滑るスケートリンクつくれないかな

106: 2018/02/02(金) 18:32:08.31 ID:7149hMB6
>>11
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。

127: 2018/02/03(土) 19:26:04.52 ID:OCz5NFo4
>>11
つららを輪切りにして敷き詰めて上から水をかけて凍らせれば普通の氷より滑るようになるそうな

15: 2018/02/02(金) 01:33:02.71 ID:w9dCSTif
>H2Oは気体→液体のときに周りから奪う熱量=凝集熱(逆が気化熱もしくは蒸発熱)も、

ひょっとして俺勘違いしてるかしら 液体から気体になる時にだけ熱を奪うもんだと
気体から液体は放熱だと

19: 2018/02/02(金) 01:46:16.91 ID:50s4H8Vi
濡れてない氷は滑らないぞ

20: 2018/02/02(金) 01:48:25.54 ID:50s4H8Vi
濡れてなくても滑る気がするのは、接した部分に摩擦熱で溶けた水が存在するからだぞ
表面に水がないと滑らない

128: 2018/02/03(土) 19:28:04.69 ID:OCz5NFo4
>>20
摩擦熱で溶けるなら何故スケートリンクはすぐに水浸しにならないのか
スケートリンクで考えずとも滑った直後には氷に戻っている現象の説明が必要だぞ

133: 2018/02/03(土) 20:19:50.10 ID:eDKelcHP
>>128
体重100kgのスケーターが仮に摩擦係数0.5の氷の上を滑っていたとして
摩擦力は50Nとなる。
100m滑ると摩擦の仕事は5kJとなる。
一方,氷の潜熱は334kJ/kgだから,融解する氷は14gとなる。
肥満のスケーター,実際以上の高摩擦係数を仮定してもこの程度の氷しか
融解しない。
だから,摩擦熱でスケートリンクが水浸しになることはない。

このように,摩擦熱のような機械的なエネルギというのは化学的エネルギ
に比して桁違いに小さいんだな。

24: 2018/02/02(金) 02:20:06.44 ID:qvcZVs7X
氷の表面に圧力をかけても水にならない極寒の地では、普通タイヤで氷上を走れる
似たように、乾燥した雪ではスタッドレスタイヤが効いて、パートタイム4WD車は、ブレーキング現象が甚だしい
とすれば、水が有ると滑る

38: 2018/02/02(金) 03:41:06.91 ID:8RtxrQ2a
圧力と摩擦のその接点で瞬間液化から気化まで起こってエアホッケーのようになる!!

58: 2018/02/02(金) 07:43:39.46 ID:H4a/ky7B
踏んだ時の圧力で細かな氷や水の粒が表面のでこぼこに入って
一時的に表面が凄まじく平滑になるからとかじゃ?

64: 2018/02/02(金) 08:54:27.25 ID:CzSLgZCt
どっかで読んだけど、化学的に水は色々と異常な存在らしいな
こんな、ありふれてるのに

70: 2018/02/02(金) 09:45:18.03 ID:Cigd0lDr
水と言うのは沸点以下でも蒸発している
よく調べていないが氷も蒸発しているんじゃないか
製氷室で長い間置いた氷は痩せている
昇華と言うことも考えられるが
氷→水→蒸気という相変化を起こしていて適当な薄さの時が最も滑りやすい
と言うことじゃないか?
ワックスはつるつるしてないよ

71: 2018/02/02(金) 09:47:58.22 ID:zBSTj3bp
飛行機がなぜ飛べるのかも実はまだ分かっていない
という説があったが、あれは都市伝説だったのだろうか?

78: 2018/02/02(金) 10:32:12.64 ID:cBj5fOY+
>>71
ベルヌーイの定理が一応揚力を説明しているけど、これが有効になるのは極めて限定的な状況に限られる。
いまの机上計算やコンピュータシミュレーションでも、空気の動きを完全に補足できない。それで昔はベルヌーイの定理「だけ」で説明できると
思われていたのが、それ以外の要素も加味して翼を設計することが必要とされている。(軍用機やジャンボ旅客機はかなりの昔からベルヌーイ
の定理以外の要素も加味して設計されている。)

正直、原理原則なんてのは一部でも実用でできればいいわけで、完全な一般則なんてのは行き付くことがない。
俺らは宇宙の空間原理も究めてないけど毎日デジタル電波のテレビを見ているし、マイクロ波が物質を温める完全なシミュレーションはできない
けどコンビニに行って弁当を温めてもらってる。動植物がどのような過程で鉱物や水を加工して違う物質にするのかまだ完全な解明はされてない
上有機物の分解もわからないけど、毎日自動車が走ってるのを眺めている。

72: 2018/02/02(金) 09:54:48.63 ID:RtO/DDD3
氷の分子ってどうなってるの?
動いてないの?動く自由があれば滑ると思うんだけど
カッチカチに見えて、ミクロの世界はそうじゃないとか

89: 2018/02/02(金) 12:43:52.52 ID:gbQjmiMK
全ての科学は仮説である


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