かまくらって、どうして融けないんでしょう？

質問

題名の通りの質問です。

たまに、テレビなどで、かまくら（鎌倉？カマクラ？）を作っている光景を目にします。
雪を固めて、その中に人が入って遊んだり、暖をとったりするやつです。
北国（秋田県？）では、よく見られる光景なのかもしれませんが、普通、中に人が入って暖かくなれば、雪が融けそうな気がするのですが・・・。
あれって、なぜか、うまく固まったまま、融けませんよね？
あれは、科学的に説明すると、一体何故なんでしょう？
どういう原理でそうなっているのか、理由を知りたいのですが・・・。
どなたかご存知の方、よろしくお願い致します。

回答No.9

ctrpiv · ベストアンサー

こんにちは。
カマクラを見たことがないし考えたことも無かったのですが、水の専門家として水の観点から溶けない理由を考えてみます。

まずカマクラが溶けるかどうか、溶けやすいかどうかは、熱収支をきちんと計算すれば出てくるはずです（計算はとても複雑でしょうが）。おそらくカマクラの中があったかい、しかも溶けにくい理由は：

（１）そもそも気温（外気）が低いこと。
（２）雪（固体の水）から水（液体の水）に変わる時の融解熱
（３）みなさんが言っておられる空気による断熱効果
（４）風をさえぎることによる体感温度の差
（５）その他の風や天気の影響

１について。外気が低いとそれだけで雪は溶けにくいですね。

２について。小学校で水を冷やして氷を作る実験をしたと思いますが、水が０℃になると、どんどん冷やしても水が氷になっていくだけでしばらく０℃の状態が続きますね。雪から水への状態変化はその逆です。どんどんあっためられても、０℃に達するとそれ以上温度が上がる代わりに溶け出します。さて、水は固体→液体→気体と状態変化をするときに大量のエネルギーを消費します。だからカマクラの内部をかなりあっためても、雪は少しずつしか溶けて行かないと思います（少し溶けるだけでも大量のエネルギーが必要なので）。

３について。断熱効果で外が寒くても中はあったかいままになると思います。

４について。風による体感温度は大きいですね（６番さんが言ってられますね）。

５について。カマクラ内部は無風に近いので、内部の空気が混ざりにくい状態にあると思います。空気の移動が少ないと、カマクラ内部のあったかい空気と雪の壁との熱交換が活発にできないので、風がある場合よりも溶け方はかなりゆっくりになるはずです。
また冬の晴れた夜などは、「放射冷却」と言う現象が起こりやすいです。水面や雪面はより効率的にエネルギーを天空に放射するので、カマクラの外の壁がどんどん冷やされて行くはずです。冬の、日中は曇って夜は晴れている日が一番溶けにくいと思います。逆に日中晴れて夜曇っているのが一番溶けやすいと思います。

お礼

ご回答ありがとうございます。

>水は固体→液体→気体と状態変化をするときに大量の
>エネルギーを消費します
なるほど。沸点、凝固点でそれぞれ壁みたいなものがあるということですね。
あと文脈からみて、「０℃に達するとそれ以上温度が上がる代わりに溶け出します」というのは、「０℃に達するとそれ以上温度が上がらない代わりに溶け出します」という方が正しいような気がするのですが・・・。どうなのでしょう？

それと、水の専門家だということで、ちょっと突っ込んだ質問をさせて頂くのですが、堅くて融けにくいかまくらを作ろうと思ったら、どうやったらいいのでしょう？科学的なコツはあるのでしょうか？
素人考えでは、
１．かまくらの形を作った後に、外壁に水を軽く撒いて、それを自然冷凍して氷壁にする。
２．雪面硬化剤（？）か何かを使って、氷面を固める（かまくらのどの部分に使うといいのか分かりませんが・・・）。

なんて思うのですが、どうなんでしょう？

少し脱線した話ですが、あまりご迷惑でなければ、回答していただけると幸いです。
（勿論、かまくら作りのプロなどの方が書き込んでいただいても結構です）

回答No.11

ctrpiv

こんにちは。＃９です。

> あと文脈からみて、「０℃に達するとそれ以上温度が上がる代わりに溶け出します」というのは、「０℃に達するとそれ以上温度が上がらない代わりに溶け出します」という方が正しいような気がするのですが・・・。どうなのでしょう？

そうです。

> 堅くて融けにくいかまくらを作ろうと思ったら、どうやったらいいのでしょう？科学的なコツはあるのでしょうか？

これについては、やはり自分はかまくらを見たこともないのでわかりません。こういうのは答えが先にあって（例えばＯＯしたら溶けにくいかまくらができるよ、とか）、後から科学的な説明を考えるのは素人でもなんとかできますが、その逆は難しいですね。。。詳しい人がレスしてくれるといいですね。

溶けにくいカマクラについて、気象条件からなら比較的簡単に答えれると思うんですけど。日陰に作るとか、寒い日が続く時に作るとか。

お礼

なるほど。分かりました。
ありがとうございました。

回答No.10

JMPFAR

先週かまくらに入りました。
なかはそれは冷たいですよ。
でも風が無く動かないと自分の回りの空気が暖まりそれ程寒さを感じません。
温度が低くても体感温度が高くなります。
すなわち０度以下でも人間は温かく感じる訳です。

お礼

体験談ありがとうございました。
参考にさせていただきます。

回答No.8

DarkBerry

青森出身です。

空気って熱伝導率が非常に悪いんです。つまり、熱を伝えにくい物質ということ。（断熱材のほとんどが空気を大量に含んだ物です。）
水と空気を比較してみましょう。具体的な数字はわかりませんが、たとえば30度の水と空気を比べて見ます。

30度といえば真夏日。めちゃくちゃ暑いですね。そして水の場合はお風呂で38～43度ですから、30度の水ははっきり言ってまだ冷たいと思います。（温水プールの温度がそのぐらいです）
人の体温が36度前後ですから、３０度で暑いというのは本当はおかしいような気がしませんか？
これが空気が熱伝導率が悪いということになります。体温を奪ってくれないから暑く感じちゃうんです。

これはかまくらにもいえることで、かまくらの中の温度は5度～15度ぐらいでしょうか？（測ったこと無いのでわかりません）
それでも外気は氷点下ですから暖かいと思います。
でも、空気の熱伝導率が非常に悪いため、温まった空気は雪をあまり暖めません。（でも多少は溶けます。）

また、雪は白いので赤外線を反射します。火から出る熱のうち赤外線を反射するので、空気が溶かすしか無いわけです。

ちなみに、熱伝導率を考えるときにもっと顕著なのが金属です。
冬室内で金属を触るとめちゃくちゃ冷たいです。でも木とかはあまり冷たく感じ無いです。金属は熱伝導率が非常にいいため、人の熱をすごーく奪っちゃいます。だから夏３０度ぐらいの室内でも金属をさわるとひんやりします。
逆に乾燥した空気の熱伝導率が悪いというのはサウナでわかります。温度計が90度ぐらいを指してるのを見たこと無いですか？
あれが水や金属だったらあっという間に火傷してます。そのぐらい空気の熱伝導率は悪いんです。（冬は湿度が低いので乾燥した方のサウナ並みの熱伝導率だと思います）

なんとなーく伝わったでしょうか？

お礼

ありがとうございます。
こんな風に、身近で、より具体的な熱伝導を考えていくと、結構色々あるものですね。日々そんなことを考えていけると、生活がもっと楽しくなっていくような気がします（一部の人には苦痛かもしれませんが・・・）。
参考にさせていただきます。有難うございました。

回答No.7

apple-man

一日や二日で融けない、本物の冬の岩手の
かまくら経験者です。

＞>中が結構暖かいと聞きます
というのは、間違いなのでしょうか？（私もそんな先入観があったのですが・・・）

　暖を取らないと、中も寒いです。
何しろ氷の粒に覆われているわけですから。
風は確かにしのげます。

　融けないのは熱量の問題だと思います。
零度を超えないと雪は解けないわけですが、
昼間でも気温が零度以下なわけで、
日中太陽が照っていても、雪国では
何日も雪が残るわけですから、中で
多少暖をとったくらいではびくともしない
わけです。
　ライターの火でも近づければ部分的には
零度を超えるので融けますが、かまくら
全体を溶かすには、温度でなく大きな熱量
http://home.ons.ne.jp/~taka1997/education/1998/fukkusyu/calorie/
が必要になりますから。

　かまくらの中にガソリンまいて
長時間燃やし続ければ融けて、
なくなるかもしれませんが（おおコワ！）。

　今年は終わってしまいましたが、
毎年2月には、岩手雪まつりが開かれ、
例年どうりなら、雪像、かまくらが
作られます。来年いらっしゃっては
どうでしょうか？

お礼

ご回答有難うございます。
やはり天候が酷寒のままだったら、かまくらもびくともしないんですね。
でも、ガソリン対かまくらの対決も、ある意味興味深いですが・・・(^^)v

>毎年2月には、岩手雪まつりが開かれ、例年どうりなら、
>雪像、かまくらが作られます。
えっ！？そうなんですか？
失礼な話で申し訳ないのですが、雪まつりといえば、「札幌雪まつり」しか耳にしたことがなかったので、他の地方でもやっているとは、正直知りませんでした・・・（すみません）。
また冬あたりに調べてみようと思います。
参考にさせていただきます。ありがとうございました。

回答No.6

ブレイブ（@bravest）

＃１の回答がかなり正鵠を射ています。
空気の層があると熱が伝わらないのは発泡スチロールや段ボールに断熱効果があることからでも日常的に実感できると思います。

何故空気の層で断熱効果があるかというと
雪の本体は氷の結晶という「固体」で空気は「気体」だからです。
熱は気体同士、液体同士、固体中の方が伝達率が高いのです。
気体から固体といった別の状態の物体には熱は伝わりにくいのです。
熱の伝導というのは強引に喩えるなら「対流」なんです。
空気や水が対流するのはエアコンや風呂でよく理解できますよね。
ところが気体から液体には殆ど対流しません。
風呂場が蒸し暑いのは蒸気という暑い気体が発生してるからで風呂のお湯から室内の空気に直接対流効果が起こってるせいではないのです。
そういった訳で固体から気体、気体から固体への熱伝達は多大なエネルギーのロスがあって初めて可能になります。

しかも雪の中には細かな空気の粒が無数に存在します。
雪の壁の表面から反対側の表面（裏面）に熱を伝達させるには
雪結晶A⇒空気泡B⇒雪結晶C⇒空気泡D⇒雪結晶E⇒空気泡F⇒雪結晶G⇒・・・以下略
という熱伝達を数千数万回も繰り返さなくてはなりません。
この（⇒）の度にエネルギーが多大に消費されてしまうので、鎌倉内部が室温程度に暖まっても溶けることはないのです。

と同時に、外気の寒さも同様に鎌倉の壁で遮断されてしまうので、鎌倉の内部は暖かいのです。

さらに加えるのなら
体感温度というのは無風状態であれば実際の温度よりも暖かくなるものです。
これは人間の皮膚の周囲の空気が体温で暖められれた皮膜状の層になるからで、その暖かい空気が風で吹き飛ばないのも、かまくらが暖かい理由のひとつです

お礼

ご回答ありがとうございます！
これほどまでに長く説明していただいて恐縮です。

熱伝導と対流の関係から、そうなるということですね...。固体と液体では熱伝達率が低いという話は、非常に分かりやすかったです。
参考にさせていただきます。有難うございました。

回答No.5

komomomo

そうですね。。

中に入っている人の服装を見ると分かると思いますが、結構外で着る服と同じですよね。

という訳で、気温が低いからではないかと思います。

また中が結構暖かいと聞きますが、風を防ぎ熱を奪われないようになるから、外より暖かく感じるのもあるかも？

お礼

>中に入っている人の服装を見ると分かると思いますが、結構外で着る服と同じですよね
そう言われてみれば、そんな気がしますが、それなら、
>中が結構暖かいと聞きます
というのは、間違いなのでしょうか？（私もそんな先入観があったのですが・・・）

>風を防ぎ熱を奪われないようになるから、外より暖かく感じるのもあるかも？
私も当初、そんな風に考えたのですが、しかしそれだと、「かえって雪や氷に囲まれた方が寒くないか？」と思ったんですよね・・・。
だから個人的な仮説としては、内部の雪の表面に、水の膜か氷の壁か何かができて、それに断熱効果があるのかなあ、と思ったのですが・・・。分かりません...。

とにかく、ご回答ありがとうございました。

回答No.4

F-liszt

＞普通、中に人が入って暖かくなれば、雪が融けそうな気がするのですが・・・。

それは熱源の大きさと、気温によると思います、北国の様な温度だとだいぶ寒いでしょうし。

科学的に説明すると、入る熱と出て行く熱の、熱収支によると思います、（実際問題このような場合、正確な計算をするとなるとかなり大変なので、簡易化して近似値を出すと思います）、
かまくらの表面から入る熱は、外気の流れですぐ下がりますけど、密閉したらある程度溶けるかもしれませんね。

北国

お礼

やはり一概にはいえないのかもしれません。
ご回答ありがとうございました。

回答No.3

he-goshite-

ずばり，その場所の気温が低いからです。

原理とかなんとか難しく考えることはありません。

お礼

ご回答有難うございました。
ずばり言ってしまえばそうなのですが・・・。
あれだけ固くなったり、断熱できるのは、水の特性か何かがあるのかと、勝手に推測してしまいましたが・・・。

回答No.2

NannoFlower

溶けますよ。
僅かずつ溶けてます。
気温が低いので一気に溶けないだけですが。

正月に２０人以上入れるかまくらを作ったのですが、翌日には低くなってしまいました。ショボーン(´・ω・｀)

上手く卵型にすると荷重が分散するので潰れにくくなります。

お礼

あっ、やはり融けるのは融けるんですか・・・。
何となく、固くて丈夫なイメージがあったので、一日ぐらいでは簡単に融けないのかと思ってました。
実際に作られた方のご意見なら、説得力もありますね。
参考にさせていただきます。有難うございました。

回答No.1

ytrewq

雪は空気をたくさん含んでいるので、断熱効果があります。だから、かまくら内部表面は多少解けても、かまくら全体の雪には熱は伝わらず、簡単に溶け出すことはありません。

お礼

なるほど。空気の層が断熱効果をもたらすんですね。
しかし逆に、空気の層が多ければ、それだけ脆いかまくらができるのかもしれませんが・・・。
ありがとうございました。