Os primeiros patins de gelo foram feitos pelos finlandeses há 4.000 anos, usando ossos afiados presos às solas dos sapatos. Por volta do século XIV, os holandeses inventaram os patins de aço, e o patins de gelo tornou-se um desporto popular na Europa, impulsionado pelas corridas e figuras em patins de gelo. Mas, por que os patins de gelo ajudam a deslizar? Quando andamos, dependemos da fricção entre o sapato e o chão, e sem ela não conseguimos avançar. No entanto, para patins de gelo, quanto menor for a fricção, mais suave será o deslize. Os patins de gelo permitem ganhar velocidade rapidamente durante a aceleração, reduzir a fricção durante o deslize e manter a estabilidade. Mas por que a fricção entre o gelo e os patins de gelo é tão baixa? Se colocarmos uma camada de fluido entre dois objetos sólidos, a fricção diminuirá significativamente, e é isso que o óleo lubrificante faz. Os cientistas estudaram a superfície de contacto entre os patins de gelo e o gelo e descobriram que a fricção é reduzida devido à presença de uma camada de água entre os dois, que funciona como lubrificante.
Inicialmente, pensava-se que a água entre os patins de gelo e o gelo provinha da transição fase líquido-sólido: o gelo transformava-se em água sob alta pressão. No entanto, sabe-se que, abaixo de -22°C, nenhuma pressão, por maior que seja, consegue derreter o gelo, apenas transformá-lo de uma fase para outra, sem se transformar em água. Mas então, por que é possível deslizar livremente em temperaturas tão baixas como -30°C? Mais tarde, descobriu-se que, mesmo abaixo do ponto de fusão, existe uma camada de água líquida na superfície do gelo, que funciona como lubrificante. Quanto mais próximo do ponto de fusão, mais espessa é esta camada. Entre -35 e 0°C, a camada de água líquida tem uma espessura de cerca de 10 nanómetros. No entanto, a presença de impurezas também pode afetar a espessura da camada de água líquida. Por exemplo, a presença de sal torna a camada de água líquida mais espessa. Mas por que existe esta camada de água líquida? Em 2004, dois cientistas japoneses explicaram isto através de simulações de dinâmica molecular. As moléculas de água no interior do gelo são mantidas juntas por forças entre as moléculas vizinhas, formando uma rede estável. No entanto, as moléculas de água na superfície do gelo são menos estáveis, pois estão expostas a forças instáveis e não conseguem formar uma rede estável, preferindo uma forma amorfa, ou seja, uma camada de água líquida. Do ponto de vista do movimento térmico das moléculas de água, estas oscilam perto da sua posição de equilíbrio, mas, devido à instabilidade das moléculas na superfície do gelo, a amplitude destas oscilações é maior do que no interior do gelo, e esta diferença de amplitude aumenta à medida que nos aproximamos do ponto de fusão. Por conseguinte, quanto mais próximo do ponto de fusão estivermos (por exemplo, superior a -3,5°C), maior será a contribuição da fusão por alta pressão; quando a temperatura estiver longe do ponto de fusão (por exemplo, -30°C), a contribuição do aquecimento por fricção será maior; e quando a temperatura estiver longe do ponto de fusão e estiver imóvel, a contribuição da camada de água líquida será maior. É por causa desta camada de água líquida entre os patins de gelo e o gelo que podemos deslizar sem problemas a temperaturas muito baixas.