水と、氷や固体の違いって？

乾いた流し台に、
氷の粉など落とすとサラサラと山の様になり三角になりますが、
液体の水を垂らすと弧を描き丸く盛り上がるのは
なぜなのでしょうか？　何が起こっているのでしょうか？

そして既に水が流れた流し台に
液体の水を垂らすと、今後は丸く盛り上がらず
スーっと下の方に流れ続けてしまうのは
何が起こっているからなのでしょうか？

No.2 ベストアンサー 回答者： sailor 回答日時： 2011/12/21 14:12

えーと、異なった現象をごっちゃに考えているので、そこの切り分けからしないといけませんね。

まず、固体（氷の粒でも砂でもよい）が平らなところに積んだ時に山になるのは何故でしょうか？それは重力に逆らってそれぞれの粒がその場所にあり続けるだけの摩擦力が働いているからですね。もし、砂のような粒でも摩擦力がない状態では山にならずに平らに広がってしまいます。たとえば摩擦が起こりにくいパチンコ球などを山のように積もうとしてもすぐに広がってしまいうまくいかないようにです。山のように積むためにはある条件を整える必要があることが判ったと思います。そしてそれぞれの物質により摩擦力などが異なるため山にしたときの斜面の角度が異なります。この角度を安息角と言います。

さて次に、氷（固体の水）と液体の水の違いですが、水という物質は水の分子が多数集まっていることはご存知と思いますが、この分子同士の結びつき方が氷と液体の水では異なるのです。氷の状態では氷を構成している分子は自由に動くことはできずに、分子同士ががっちりつながっている状態です。そして液体の状態では分子同士は自由に動き回ることができる状態です。

分子同士ががっちりつながっている状態では、それぞれの氷の粒は形を変えることができませんから、砂などの粒と同じと考えられますので、山のように積む事ができますが、液体の状態ではそれぞれの分子同士の間に働く摩擦が非常に小さいため重力に打ち勝って山になることはありません。パチンコ球と同じ状態です。しかし、パチンコ球と少し違うのは、分子同士の間には分子間力といって互いに引き合う力が働いているのことです。たらしたときに丸く盛り上がるのはこの力で引き合っているからです。パチンコ球の例を使えば、パチンコ球が弱い磁石になっていて互いに引き合っているような感じと思えば判りやすいでしょうか。

そして、ぬれていない面に垂らしたときと、ぬれている面に垂らしたときで形が変わるのは、濡れていない面では水同士の分子間に働く力と水以外の面との間に働く力の差が大きいので丸みが強くなりますが、一度たらす面が濡れてしまうと、その練れている水と、垂らした水の間に働く力は同じなるので大きく盛り上がることはないのです。物体の表面が液体に濡れるという現象は実はかなり複雑なことが絡む問題で、私の頭では簡単に説明することができないので、ここでは割愛しますが、水とステンレスのような場合はある程度以上の外力が働けば濡れるという事で、一度濡れてしまえば、そこにたらした水はすでに濡れている水とたらした水の間に働く力しか掛からないので、大きく丸く盛り上がることはないということです。たとえばテフロン加工のフライパンや油を塗った面では何度水をたらしても、それぞれの面が濡れることがないためいつでも丸く盛り上がります。

この回答へのお礼

ご回答本当にありがとうございます・・！
すごく解かりやすく一番の疑問を理解する事が出来ました。

何気ない日常の不思議も、色々複雑で面白いのですね～

お礼日時：2011/12/21 16:18

No.4 回答者： ddtddtddt 回答日時： 2011/12/21 20:25

＞水と、氷や固体の違い・・・

　皆さんの仰る通りなのですが、こういう説明はどうでしょう？。

　添付図の図-1のように、枡の中に「水または鉄」を詰め、上からピストンで押したとしたら、「水または鉄」の挙動はどうでしょう？。「水または鉄」の挙動は余り変わらないなずです。「水」が非常に圧縮されにくい物質である事は（もしかすると鉄以上に）、ご存知と思います。ところが、図-1の枡の「束縛」を外すと、図-2にようになります。

　鉄は少々傾くくらいで済みますが（図-2でも十分オーバーです）、水の平行四辺形は、どこまでもペショーンと潰れます。水の平行四辺形が横に間延びするのは、「水の圧縮性は低い（体積は変わらない）」という事実を表しています。これが、ふだん目にする水の挙動ですよね？。

　もう少し精度を上げたのが、図-3です。鉄であろうと自重がある限りは、図-3のように、地面との接触面では下膨れするはずです（超オーバーに書いてます）。図-3の格子は、図-1の最上段の格子が、自重による「変形」により平行四辺形の集まりになった、と考えて下さい。
　で、「書き切れないので、書かない・・・」と書いた部分の格子を想像すると、相当に歪んだ格子だと思えませんか？。鉄（固体）の場合は、図-2の中段のように、平行四辺形型の変形に耐えられるので、鉄の塊は自立できます。

　一方、水（液体）は図-2の中段，最下段のように、平行四辺形型の変形に抵抗しないので、図-3の下膨れ領域から平行四辺形型が、ペショーン、ペショーン・・・と潰れ続け・・・最後には平らになる訳です。

　　しかしこの性質があるから、水はどんな容器の形にも追随できると思えませんか？。

　液体のこの性質を、

　　液体は、せん断変形に抵抗しない．

と言って理想化します。

　固体も液体も、連続体力学と言われる力学理論で扱われますが、ふつう連続体力学と言えば、固体力学の事を指します。液体は「せん断抵抗しない」という著しい性質があるために、連続体力学の中で一分野を築き、「流体力学」と言われています。


　　逆に言えば、個体と液体の違いは、「せん断抵抗しない」かどうかです（理想化してます）。

　ちなみに表面張力は、水分子の凝集力によって発生した、非常に緩やかな図-1の「枡」のようなもので、自重が表面張力に打ち勝つくらいに「大量の」液体では、やはりペショーンと潰れます。ただし「ペショーンの先端」では、表面張力により「丸く」なってるはずです・・・。

この回答へのお礼

なかなか難しく十分に理解できていませんが、
図を付けて説明して下さりありがとうございます。

水が崩れる仕組み　がほんの少しわかった気がします。
ご回答ありがとうございました。

お礼日時：2012/01/22 17:39

No.3 回答者： hrsmmhr 回答日時： 2011/12/21 14:19

氷は中の形が変わらないため積もるだけです

水は落ちた場所で表面張力で丸くまとまろうとしますこのとき表面張力は傾斜による重力に勝ります

水を流したあとは
流れに沿った残り水ともまとまろうともするので
表面張力に穴が開いたようになって、傾斜の重力に負けて流れてしまいます

この回答へのお礼

表面張力をもっと詳しく知ればもっと色々
理解できるかもしれないのですね。

ご回答ありがとうございます。

お礼日時：2011/12/21 16:19

No.1 回答者： gtx456gtx 回答日時： 2011/12/21 12:56

質問の意図が掴みづらいのですが・・・・

>乾いた流し台に、
>氷の粉など落とすとサラサラと山の様になり三角になりますが
--------
>液体の水を垂らすと弧を描き丸く盛り上がるのは

全く別な現象を同一の問題として捉えているように思います。

>乾いた流し台に、
>氷の粉など落とすとサラサラと山の様になり三角になりますが
単純に「氷の粉」の形状によって「山の様になり三角」なるので、「氷の粉」の形状を「丸」にすればビーズを捲いたように「山の様になり三角」にはならないと思います。
ポイントは形状であって、「水」や「氷」ではないと思います。


>液体の水を垂らすと弧を描き丸く盛り上がるのは
この表現が何を言っているのか難しいのですが、たぶん「濡れ」という現象だと思います。

wiki 濡れ
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%BF%A1%E3%82%8C


>液体の水を垂らすと、今後は丸く盛り上がらず
>スーっと下の方に流れ続けてしまうのは
既に濡れているためです。

この回答へのお礼

全く別の現象だったのですね。
そして　濡れ　という状態が有るのですね。
身近な所に色々な仕組みが隠れているのですね。

ご回答ありがとうございました。

お礼日時：2011/12/21 16:23