최초의 아이스 스케이트 신발은 4,000년 전 핀란드인들이 날카롭게 만들어 신발 밑창에 달리는 것으로 만들었습니다. 14세기경, 네덜란드인들은 강철 스케이트를 발명했고, 스케이트는 유럽에서 유행하는 운동이 되었습니다. 스피드 스케이팅과 피겨 스케이팅은 많은 사람들을 매료시켰습니다. 그렇다면, 스케이트가 스케이팅을 왜 더 쉽게 만들 수 있을까요? 우리는 신발과 지면의 마찰력으로 걸어가는데, 마찰력이 없으면 우리는 아무것도 할 수 없습니다. 그러나 스케이트의 경우, 마찰력이 적을수록 더 원활하게 스케이트를 할 수 있습니다. 스케이트는 시작 및 가속 단계에서 빠르게 전진할 수 있고, 미끄러운 표면에서도 마찰력을 줄이고 안정성을 유지할 수 있습니다. 그러나, 얼음과 스케이트는 모두 고체입니다. 그렇다면 얼음과 스케이트 사이의 마찰력이 왜 적을까요? 만약 고체와 고체 사이에 유체를 두면, 마찰력이 대폭 줄어듭니다. 윤활유도 이러한 원리에 따라 작동합니다. 과학자들은 스케이트와 얼음 표면의 접촉면을 연구했고, 마찰력이 적은 이유는 얼음과 스케이트 사이에 물 막이 있어서이며, 이 물 막이 윤활 작용을 하기 때문이라는 것을 발견했습니다.
처음에는 스케이트와 얼음 표면의 물이 고체-액체 변환으로 오는 것으로 생각했습니다. 얼음은 고압에서 물이 되지만, 22℃ 이하의 온도에서는 아무리 큰 압력이 있어도 얼음이 용해되지 않고, 한 상태에서 다른 상태로 이동하지만, 물이 되지는 않았습니다. 그러면, 왜 -30℃의 낮은 온도에서도 사람들이 자유롭게 스케이트를 할 수 있는 것일까요? 나중에 사람들은 발견했습니다. -22℃ 이하의 온도에서는 얼음이 용해되지 않고, 한 상태에서 다른 상태로 이동하지만, 물이 되지는 않았습니다. 그러나, 실제로는 -30℃의 낮은 온도에서도 사람들은 자유롭게 스케이트를 할 수 있습니다. 그 이유는 무엇일까요? 그 후, 일본의 두 과학자들은 분자 역동학 시뮬레이션을 통해 이것을 설명했습니다. 얼음 내의 물 분자들은 인접한 분자의 힘으로 인해 안정적인 결정체를 형성합니다. 그러나, 표면 물 분자들은 한 쪽이 노출되어 불안정하며, 규칙적인 결정체를 형성하지 못하고 비형태적인 형태, 즉 물 막을 형성합니다. 분자 열운동의 관점에서 물 분자들은 평형 위치 근처에서 진동하며, 얼음 표면 분자들은 불안정하여 진동 진도가 더 커집니다. 이 진도 차이는 -3.5℃ 근처에서 가장 크고, -30℃에서는 작으며, 고정된 상태에서는 가장 작습니다. 물 막의 형성 원인은 세 가지로 분류됩니다. 고압 용해, 마찰 열, 얼음 표면 물 막. 각 온도에서는 세 가지 기제의 기여도가 다르습니다. 얼음의 용점에 가까울 때(예: -3.5℃ 이상), 고압 용해가 가장 크고, -30℃에서는 마찰 열이 가장 크며, 고정된 상태에서는 물 막이 가장 크습니다. 바로 이 물 막 때문에 사람들은 아주 낮은 온도에서도 원활하게 스케이트를 할 수 있습니다.