Los primeros patines de hielo fueron fabricados hace 4.000 años por los finlandeses, que ataban huesos afilados a la suela de sus zapatos. Alrededor del siglo XIV, los holandeses inventaron los patines de acero, y el patinaje sobre hielo se convirtió en una moda en Europa, impulsado por el patinaje de velocidad y el patinaje artístico. Entonces, ¿por qué los patines de hielo ayudan a patinar? Para caminar, dependemos de la fricción entre el zapato y el suelo, y sin fricción no podríamos avanzar. En el caso del patinaje sobre hielo, cuanto menor sea la fricción, más suave será el deslizamiento. Los patines de hielo permiten ganar impulso rápidamente durante la aceleración, reducir la fricción durante el deslizamiento y mantener la estabilidad. Sin embargo, tanto el hielo como los patines de hielo son sólidos, por lo que la fricción entre ellos debería ser alta. Si colocamos una capa de líquido entre dos superficies sólidas, la fricción disminuirá considerablemente, y esto es precisamente lo que hace el aceite lubricante. Los científicos estudiaron la superficie de contacto entre los patines de hielo y el hielo y descubrieron que la fricción era tan baja porque había una capa de agua entre ambos, que actuaba como lubricante.
Inicialmente, se pensaba que el agua entre los patines de hielo y el hielo provenía de la transición fase-líquido: el hielo se convertía en agua bajo presión. Sin embargo, se sabe que, por debajo de -22 °C, ninguna cantidad de presión puede derretir el hielo, solo puede transformarlo de una fase a otra, sin convertirse en agua. Entonces, ¿por qué se puede patinar sin problemas incluso a temperaturas tan bajas como -30 °C? Más tarde, se descubrió que, incluso por debajo del punto de fusión, la superficie del hielo natural contiene una capa líquida que actúa como lubricante. Cuanto más cerca esté de la temperatura de fusión, más gruesa será esta capa líquida. Entre -35 y 0 °C, la capa líquida tiene un espesor de aproximadamente 10 nanómetros. Por supuesto, la presencia de impurezas también puede afectar el espesor de la capa líquida. Por ejemplo, la presencia de sal hace que la capa líquida sea más gruesa. Entonces, ¿por qué existe esta capa líquida? En 2004, dos científicos japoneses la explicaron mediante simulaciones de dinámica molecular. Las moléculas de agua en el interior del hielo están sometidas a fuerzas de las moléculas vecinas en todas las direcciones, lo que da lugar a una red cristalina estable. Sin embargo, las moléculas de agua en la superficie del hielo están expuestas a fuerzas inestables y no pueden formar una red cristalina estable, sino que tienden a adoptar una forma amorfa, es decir, una capa líquida. Desde el punto de vista del movimiento térmico de las moléculas de agua, estas vibran cerca de su posición de equilibrio. Debido a la inestabilidad de las moléculas de hielo en la superficie, su amplitud de vibración es mayor que la de las moléculas internas, y esta diferencia de amplitud aumenta a medida que nos acercamos al punto de fusión. Por lo tanto, cuanto más cerca esté del punto de fusión (por ejemplo, más de -3,5 °C), mayor será la contribución de la fusión por presión; cuando la temperatura esté muy lejos del punto de fusión (por ejemplo, -30 °C), la contribución del calentamiento por fricción será mayor; y cuando la temperatura esté lejos del punto de fusión y sea estacionaria, la contribución de la capa líquida será mayor. Precisamente, la existencia de esta capa de agua entre los patines de hielo y el hielo permite que las personas puedan patinar sin problemas a temperaturas muy bajas.