理系にゅーす

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1: 2018/03/01(木) 07:41:43.54 ID:CAP_USER
■カーリングのストーンはなぜあのように曲がるのか。
他の物体と違うことはわかっているが、理由はまだわからない

ピョンチャン(平昌)冬季オリンピックのカーリング男子の表彰式では、優勝したアメリカ代表チームが表彰式で「女子カーリング」と書かれた金メダルを手渡される、という手違いがあった。だがカーリングにははるかに大きな驚きが秘められている。
科学者さえ解明できない謎だ。

カーリングをよく知らない人のためにルールを簡単に説明すると、カーリングは1チーム4人で対戦し、両チームの選手が交互に長方形の氷上にストーン(石)を滑らせる。
約40メートル先の「ハウス」と呼ばれる同心円の中心のより近くへ、より多く石を入れることができたチームが勝利する。
カーリングという名称は、ストーンが氷上を滑る時、ボウリングの球がレーンを転がる時のように回転(カール)するのに由来する。

一体なぜ、大きさ直径約30センチ、重さ約20キロのストーンが、選手がブラシで氷の表面をこすることで狙った方向に曲がるのか。いまだに謎のままだ。

「異質なものほど人は興奮する。ストーンはその典型だ」と、カナダのバンクーバーアイランド大学の天文物理学者でスポーツ物理学を研究したレイ・ペナー教授は、米紙ウォール・ストリート・ジャーナルに語った。

ストーンが他の物体と決定的に違うのは、回転と同じ方向に曲がることだ。
例えばボウリングの球は、反時計回りに回転をかけて滑らせると右に曲がる。
だがストーンは反時計回り(左回転)に回転をかけると左に、時計回りなら右に曲がる。なぜか。
説明を試みた理論は多数存在する。

■中世からの謎

そのうちの1つ、「スティックスリップ摩擦論」は、氷上に広がる無数のペブル(氷の粒)に注目した。

続きはソースで

画像:イギリスとの3位決定戦でストーンを投げる日本代表の藤沢五月
https://www.newsweekjapan.jp/stories/assets_c/2018/02/curling180226-thumb-720xauto.jpg

関連動画
Curling — The Most Mysterious Olympic Sport https://youtu.be/3kpZ_EWL1wA



ニューズウィーク日本版
https://www.newsweekjapan.jp/stories/world/2018/02/post-9609.php
images (3)


引用元: 【話題】物理学者もお手上げ、カーリングの原理 ストーンはなぜあのように曲がるのか?中世からの謎[02/26]

物理学者もお手上げ、カーリングの原理 ストーンはなぜあのように曲がるのか?中世からの謎の続きを読む

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1: 2018/02/09(金) 17:14:19.99 ID:CAP_USER
北海道大学(北大)は、実験室に宇宙空間を再現することで、光の届かない冷たい宇宙空間にただよう氷の微粒子(氷星間塵)から、分子がガスの状態で放出されるしくみを明らかにしたと発表した。

同成果は、北大 低温科学研究所の大場康弘 助教、渡部直樹 教授らによるもの。
詳細は、英国の学術誌「Nature Astronomy」に掲載された。

宇宙空間には、星の存在しない-263°Cという極低温の領域(分子雲)が存在する。
この領域は肉眼では何もないように見えるが、最近の天文観測によって大量の氷星間塵とガスが存在することがわかってきた。

しかし、物理学では、水素などの軽い分子を除いてほぼすべての原子や分子は極低温の氷星間塵に付着し凍りついてしまうため、ガスとしては存在できないはずである。
その上、分子雲には氷の表面の分子をガスに蒸発させるために必要な紫外線などのエネルギー源が無いのにも関わらず、なぜ分子雲に大量のガスが存在できるのかはわかっていなかった。

研究グループは今回、極めて高い真空度(超高真空)にした実験装置の中に-263°Cの擬似的な氷星間塵を作製し、極低温で光も存在しない分子雲と同じ環境を再現してその表面を観察した。

続きはソースで

図:極低温の氷星間塵表面に付着した分子は、化学反応によりガスとして放出される
https://news.mynavi.jp/article/20180208-582312/images/001.jpg

マイナビニュース
https://news.mynavi.jp/article/20180208-582312/
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引用元: 【物理学】なぜ宇宙空間では分子がガスとして存在している? - 北大が解明[02/08]

なぜ宇宙空間では分子がガスとして存在している? - 北大が解明の続きを読む

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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
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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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1: 2017/11/29(水) 01:21:04.00 ID:CAP_USER
【ワシントン=共同】米航空宇宙局(NASA)は20日、過去に火星表面で発見され、水の流れとみられた現象は、丘陵地を滑り降りる砂の流れだったと発表した。
火星表面には、暖かい時期にだけ現れ、寒くなると消える幅5メートルほどの細いしま模様があることが知られている。
NASAは氷が解けて水が流れてできていると推定していた。

続きはソースで

画像:無人探査機マーズ・リコネサンス・オービターが撮影した火星のしま模様の写真(NASA提供)=共同
http://www.sankei.com/photo/images/news/171121/dly1711210006-f1.jpg

日本経済新聞
https://www.nikkei.com/article/DGXMZO23784920S7A121C1CR0000/
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引用元: 【宇宙】〈無人探査機の調査で〉火星のしま「水ではない」 砂が模様形成とNASA

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1: 2017/09/27(水) 10:12:49.82 ID:CAP_USER9
「土星には猫がいる!」NASA研究者の粋なネーミングセンス
2017年09月27日 06時30分
http://sp.hazardlab.jp/know/topics/detail/2/2/22113.html

http://sp.hazardlab.jp/contents/post_info/2/2/1/22113/catdosei.png
NASAの土星探査チームが、Fリングを構成する粒子に名付けた名前とは?(Mattias Malmer/NASA)

 土星には60匹の猫がいる…というのは、アメリカン・ジョークでもなんでもありません。
今月15日、20年間に及ぶ任務を終えた探査機カッシーニの研究チームが、土星の周りにある「Fリング」の間を周回している60個の小さな衛星に名付けた名前が、可愛らしい子猫を意味しているのだ。

 土星の周囲を取り囲む輪の正体は、小さな氷の粒が無数に集まってできたものだ。
望遠鏡では円盤のように見えるが、たくさんの細い輪が集まっていて、氷の密度も一様ではなく、土星の公転角度によって、15年ごとに地球から見えなくなる。

 それぞれの輪や隙間には名前がつけられているが、カッシーニの研究チームが猫の名前をつけたのは、メインリングの外側にあるFリングの中を旋回している比較的大きめの岩石だ。

 つけられた名前は、「ふわふわちゃん(Fluffy)」「ガーフィールド」「ソックス」「おひげちゃん(Whiskers)」など、日本の「チビ」とか「タマ」に当たる古典的な命名から、「アルファ・レオニス・レブ9」など複雑なものまでさまざま。

続きはソースで

http://sp.hazardlab.jp/contents/post_info/2/2/1/22113/dosei002.jpg
2009年8月に探査機カッシーニが撮影した土星の輪(NASA/JPL/Space Science Institute)

http://sp.hazardlab.jp/contents/post_info/2/2/1/22113/dosei.png
上はエスポジートさんらが想像する土星の輪のイメージ画。下はFリングの光学的深度を測定して発見した「子猫」。正式な論文にも「子猫」の名前で掲載されている(Morgan Rehnberg)
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引用元: 【宇宙】「土星には猫がいる」 おひげちゃん・ふわふわちゃん・ミトンちゃん NASA研究者の粋なネーミングセンス [画像]©2ch.net

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1: 2017/09/09(土) 00:35:39.57 ID:CAP_USER
空気よりも軽い氷?! 極めて密度の低い氷「エアロアイス」を予測

 
岡山大学大学院自然科学研究科の松井貴宏大学院生、平田雅典大学院生(ともに博士前期課程1年)、岡山大学異分野基礎科学研究所の矢ケ﨑琢磨講師、松本正和准教授、田中秀樹教授の研究チームは、通常の氷よりも密度が低い氷の結晶構造について、分子シミュレーションによって網羅的な調査を実施。まだ実験で発見されていないいくつかの安定な結晶構造が存在することや、理論的に予測される低密度氷「エアロアイス」には密度に下限がなく、空気よりも軽い氷も作りうることを初めて解明しました。
 
本研究成果は9月5日、米国物理学協会(AIP)の国際科学雑誌「 The Journal of Chemical Physics 」に掲載されたほか、同誌の表紙を飾りました。
 
水は、単成分の物質としては、固体結晶の種類が異常に多く、これまでに17種類が発見されています。本研究成果によって、今後、低密度領域を探れば、さらに多数の結晶構造が見つかるかもしれません。

図1 新しく発見された、ゼオライト類似の構造を持つ氷(左)と、エアロアイス(右)の結晶構造。幾何構造がわかりやすいように、氷の構造をいくつかの多面体に分割して表現した。水分子は描いていない。小さな正方形と六角形はそれぞれ4個、6個の水分子から構成される(左下)。
http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press29/press-170908img1.png
図2 エアロアイス8xFAUの想像図 (コンピュータ・グラフィックス)
http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press29/press-170908img2.jpg

続きはソースで

▽引用元:岡山大学 09月08日
http://scienceportal.jst.go.jp/news/release/university/
ダウンロード (2)


引用元: 【物理】空気よりも軽い氷?! 極めて密度の低い氷「エアロアイス」を予測/岡山大©2ch.net

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