雪崩、アイス・ブラスト、氷天体衝突における雪氷の衝突摩擦メカニズムと構造変化

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10490003
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 前野 紀一 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (50001657)
• 研究分担者: 杉山 弘 室蘭工業大学, 機械システム工学科, 教授 (70002938) ; 荒川 政彦 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (10222738) ; 水野 悠紀子 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (10002461) ; 竹井 巌 北陸大学, 薬学部, 講師 (70247477)
• キーワード: 雪崩 / アイスブラスト / 氷天体 / 衝突摩擦 / クラック / 雪 / 衝撃波

研究概要

今年度は、氷・氷摩擦実験を可能な最低速度まで実施した。摩擦装置は新たに製作され北大低温研究所の低温実験室に設置された。これまでの回転式装置で経験した実験的困難を取り除くため引張り式とし、摩擦速度は1x10^<-7>〜10^<-3>m/sの範囲、温度と垂直応力は-10℃および123〜368kPaの範囲とした。実験の結果、速度10^<-4>m/s以下における氷・氷摩擦係数の速度依存性が求められた。得られた速度依存性は、これまでのこの速度領域における摩擦凝着理論では説明できないため、理論の改良が行われた。結果として、この速度領域では、単なる塑性変形による摩擦力だけでなく、降伏応力の速度依存性および焼結による真実接触面積の増加を考慮することが提案された。
昨年度に引き続き、小惑星、火星、あるいは種々の氷天体表面のレゴリス層に形成されている特異なクレーターの形成過程に関連して、粒子状物質に対する高速衝突実験が行われた。試料はH_2O氷、CO_2氷および鉱物の混合物で、それにH_2O氷、金属、あるいはプラスチックの弾丸を速度100〜600m/sで衝突させた。温度は-10〜-30℃で行われた。得られた結果は今年度当研究所に来日したレリワ・コピステインスキー教授(ワルシャワ大学地球物理研究所)との協同研究の中で解析され論文にまとめられた。
氷・金属間の摩擦に対する電場の影響の実験が更に進められ、測定された電気力と印加電圧との間のべき乗関係について理論的考察が行われた。また、氷の衝突破壊時の光放出の実験も続けられ、温度-20℃、一軸圧縮ひずみ速度4.5x10^<-4>s^<-1>で行われた氷多結晶の測定では300〜850nmの波長領域でフォトンの放出が検出された。

研究成果

• [文献書誌] Takei, I., N.Maeno: "The low-frequency conductivity of snow near the melting temperature"Annals of Glaciology. 32. 14-18 (2001)
• [文献書誌] Mizuno, Y., T.Mizuno: "Photon Emission from Ice during Fracture"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.41No.2B. L209-211 (2002)
• [文献書誌] K. Nishimura, J. McElwaine: "Ping-pong ball avalanche experiments"Sedimentology. Vol.31. 135-148 (2001)
• [文献書誌] J. McElwaine, K. Nishimura: "Ping-pong ball avalanche experiments"Ann. Glaciology. Vol.32. 241-250 (2001)
• [文献書誌] M. Nemoto, K. Nishimura: "Direct measurement of shear stress during snow saltation"Boundary-Layer Meteorology. Vol.100(1). 149-170 (2001)
• [文献書誌] T. Ozeki, A. Hachikubo, K. Kose, K. Nishimura: "NMR Imaging of Snow"Proceedings of International Snow Science Workshop 2000. 402-406 (2001)
• [文献書誌] 金子和央, 杉山 弘, 溝端一秀, 熊木啓太: "氷粒子の高速衝突現象に関する実験的研究"日本機械学会北海道支部第41回講演会講演概要集. No.012-1. 184-185 (2001)