Первые ледовые коньки были изготовлены финнами 4 000 лет назад из заточенных костей, прикреплённых к подошвам обуви. Примерно в XIV веке голландцы изобрели стальные ледовые коньки, и катание на коньках постепенно стало популярным видом спорта в Европе, особенно популярными стали скоростное и фигурное катание на коньках. Так почему же ледовые коньки помогают кататься на коньках? Мы передвигаемся благодаря трению между обувью и землёй, без трения мы не сможем двигаться. Что касается катания на коньках, то чем меньше трение, тем плавнее движение. Ледовые коньки позволяют быстро набирать скорость на старте и при ускорении, одновременно уменьшая трение при движении и обеспечивая стабильность. Однако лед и ледовые коньки — твёрдые вещества, почему же между ними так мало трения? Если между твёрдыми веществами поместить слой жидкости, трение значительно уменьшится, именно так работает смазка. Учёные исследовали контактную поверхность ледовых коньков и льда и обнаружили, что низкий уровень трения обусловлен наличием водяной плёнки между ледовыми коньками и льдом, которая выполняет смазывающую функцию.
Изначально считалось, что вода между ледовыми коньками и льдом образуется в результате фазового перехода: лед превращается в воду под воздействием высокого давления. Однако позже выяснилось, что при температурах ниже -22°C даже очень высокое давление не способно растопить лёд, он просто переходит из одной фазы в другую, не превращаясь в воду. Но почему же люди могут свободно кататься на коньках даже при температурах ниже -30°C? Позже учёные выяснили, что даже при температурах ниже точки плавления на поверхности льда образуется водяная плёнка, которая выполняет смазывающую функцию. Чем ближе к точке плавления, тем толще эта плёнка. При температурах от -35 до 0°C толщина плёнки составляет около 10 нанометров. Конечно, примеси также могут влиять на толщину плёнки. Например, присутствие соли увеличивает толщину плёнки. Почему же существует эта водяная плёнка? В 2004 году два японских учёных объяснили это с помощью молекулярной динамики. Молекулы воды внутри льда находятся под воздействием сил соседних молекул, поэтому образуется стабильная кристаллическая решётка. Молекулы воды, находящиеся на поверхности, не защищены от воздействия сил и не могут образовывать правильную кристаллическую решётку, вместо этого они принимают аморфную форму, то есть образуют водяную плёнку. С точки зрения теплового движения молекул, водяные молекулы колеблются вокруг своего равновесного положения, но из-за нестабильности молекул на поверхности льда амплитуда колебаний у них больше, чем у внутренних молекул, и эта разница в амплитуде колебаний увеличивается по мере приближения к точке плавления. Поэтому чем ближе к точке плавления (например, выше -3,5°C), тем больший вклад вносит высокое давление; когда температура далеко от точки плавления (например, -30°C), больший вклад вносит трение; когда температура далеко от точки плавления и нет движения, больший вклад вносит водяная плёнка. Именно из-за наличия этой водяной плёнки между ледовыми коньками и льдом люди могут беспрепятственно кататься на коньках при очень низких температурах.