EMANの物理学 過去ログ No.9447 〜

 ● サイホン

  投稿者:fnbo - 2010/05/20(Thu) 10:52  No.9447 
http://www.afpbb.com/article/environment-science-it/science-technology/2725874/5757233

思うに重力も大気圧もこの高低差では・・・(高低差あっても直接関係なさそう)
重い方に落ちるでいいのではないか?


  投稿者:hirota - 2010/05/20(Thu) 12:53  No.9448 
「落ちる」のは重力だが、大気圧がないと吸い上げられない。
文句をつけてるヒューズ氏は、吸い上げ型のポンプは大気圧がないと使えないことを知らないのだろうか?

結論
重力でパイプから液体が落ちて負圧が生じ、負圧ができたら大気圧が液体を動かす。
液体を動かす直接の力は大気圧で、元に遡ると重力。
さらに元を遡ると「人間が設置したから」
もっともっと遡ると「宇宙ができたから」。

  投稿者:fnbo - 2010/05/20(Thu) 12:56  No.9449 
考えてみましたら重い方というと軽い方がある表現になるので訂正します。

「水分子が落下するため」と表現すると結局重力ということになるのかな?


  投稿者:kafuka - 2010/05/20(Thu) 13:03  No.9450 
どなたも、Resしないので、僭越ながら、、、(あっ遅かった)

ヒューズ氏が重力「だけ」による言うのなら、おかしいと思う。

>重い方に落ちる
だけでは、管の中の水が落ちきったら、水流が止まってしまいますよね。
永続して、流れるためには、
(重力も大気圧も、普通の高低差では同じですが)
ちょっこと落ちた瞬間、上部に、ちょっことだけ「空気のない部分」が出来ます。
そこの、空気圧は、「空気がないですから0」
周りは、1気圧。
周りの空気圧は、まんべんなくなく、サイホン全体を押しますが、
重い方の「空気のない部分」の水面を上昇させる力より、もとの容器の水面にかかる力が、大きい。
(重い分だけ、ハンディがある)
したがって、永続して流れる。
と理解しています。

>元に遡ると重力
さすが、鋭い。
でも、学校のテストで、そう答えると0点やなぁ

  投稿者:fnbo - 2010/05/20(Thu) 13:12  No.9451 
こんにちは、みなさん ご返答ありがとうございます
ウィキ「サイフォン」の図で高い位置にある水面と低い位置にある水面の間にある管内の水分子が落下するからと思うのですが、何か重力というと重力の大きさの差みたいに聞こえるものですから

hirotaさん壮大ですね。

  投稿者:hirota - 2010/05/20(Thu) 13:25  No.9452 
>学校のテストで、そう答えると0点
これは後の交渉しだい。
高校の職員室によく点上げ交渉に行ったもんです。(ホントは交渉自体が面白いから)
首尾よく点になることもあり、ウケたけど点にならないこともあり、アキれさせただけもありました。(後で知ったけど、名物だったらしい)

  投稿者:kafuka - 2010/05/20(Thu) 17:13  No.9453 
>これは後の交渉しだい
ということは、サイホンの原因となる力が「重力」と、一度認めさせてしまえば、
あとは、原因となる力を問う 力学の問題なら、
重力と答えれば、すべて通りますね。
(電磁気がでてきたらアウト)
ウランの核分裂のエネルギーだって、超新星の爆発=重力崩壊 で、
ウランが出来たのですから。
ただし エネルギーと力をゴッチャにしたら、点はくれませんね。

  投稿者:yuya - 2010/05/20(Thu) 17:41  No.9454  <Home>
サイフォンは仕事で使うので、
職場の先輩からもよく「負圧(陰圧)で……」って説明されたんですが、
どうも腑に落ちないんです。この機会に教えて頂けますでしょうか。

仮にサイフォンをセッティングして、なおかつ水が移動しないようにしたければ、
受け側の水面に落し蓋とオモリでも置いて、
送り側の水面にかかる大気圧よりも大きな圧力でおさえつけてやれば、
うまくオモリを調節して実現することができますよね。

この状況を考えたとき、受け側の水面に余分な圧力をかけて初めて釣り合うということは、
実際に水が流れなくとも、サイフォンの内部には(受け側に向かって流れようとする)
圧力差が生じている、ということですよね。
もちろんそれはサイフォンの頂点から水面までの高さの差に起因するわけですが。

そのことを考えると、

>重力でパイプから液体が落ちて負圧が生じ、負圧ができたら大気圧が液体を動かす。

とか、

>ちょっこと落ちた瞬間、上部に、ちょっことだけ「空気のない部分」が出来ます。
>そこの、空気圧は、「空気がないですから0」

というふうに、流れることを前提とした説明に、どうも納得が行かないのです。

いったん流れ始めれば、そうなることは分かるのですが、
そもそもなぜ送り側→受け側という方向に流れ始めるのか、
そこの説明になってないような気がしてしまうのです。

ただの説明流儀の違いであって、気にしなくても良いのかもしれませんが、
皆様のご意見はいかがでしょうか?

  投稿者:kafuka - 2010/05/20(Thu) 18:05  No.9455 
一知半解ですが、、、

ホースの長い方の水も、下向きの力が働く、
また、短い方も下向きの力が働く。(流体ですから、バラバラに動く)
そのため、
Δt秒間、まだ、水が動いてなくても、ホース内の水の圧力が低下する
と同時に、ホースの左右で「ホースの水にかかる重力ー大気圧による力」が違う
で、流れ出す。

よく考えると、最初、ホースを水で満たさないといけない。
この仕事は、外から与えるもので、
それが、どう後で働くか、単に消える(温度上昇となって)のか、気になります。

  投稿者:ASA - 2010/05/20(Thu) 18:40  No.9456 
参考:www.ltm.kyoto-u.ac.jp/kouen/.../SuperFluildDemo2003.ppt 
超流動だとホースがなくても器の表面を伝わって落ちますから、やはり重力が第一原因だと考えます。

  投稿者:EMAN - 2010/05/20(Thu) 18:50  No.9457 
> というふうに、流れることを前提とした説明に、どうも納得が行かないのです。

 私もそういう説明の仕方はあまり好みではないです。

 大気圧がなければ、パイプ内の流体は両側へドシャーっと流れ落ちるだけ。
 大気圧があるから落ちないでいられる。

 もともとこのニュースについては
「何おかしなこと言ってんだ?」と無視していたのです。
 我々の理解を確認するには面白い話かも知れないけれど、
騒ぎ立てることじゃないよなー、という感じで。

 真空中でこの実験しようとしても、流体が沸き立ってしまったり、
容器に入れてる限りはすぐに流体の蒸気が出て
大気の代わりを果たすだろうから、頭の中で考えるしかないのかな?

  投稿者:EMAN - 2010/05/20(Thu) 19:00  No.9458 
 もちろんこの現象の駆動力は重力です。
 でも大気圧(あるいはそれに同等な作用をするもの)の助け(というか存在)がなけりゃ、この現象は起こせない。

 例えるなら、
「車を動かしているのはガソリンであって、エンジンじゃない」
とか騒いでるようなもんではないかしらん。

  投稿者:ASA - 2010/05/20(Thu) 19:15  No.9459 
EMANさんNo.9458
 何を原理と見るかの問題でしょ。

 自動車の例えなら、
1.エンジンは、セルモーターによって始動される。
 だから、エンジンを動かす要因(原理)は、セルモーターの電流であって、
 ガソリンではない。

2.エンジンは、ガソリンによって定常的に動作する。
 だから、エンジンを動かす要因(原理)は、ガソリンだ。

  投稿者:EMAN - 2010/05/20(Thu) 19:17  No.9460 
 この記事を読み返してみると、ヒューズ氏が
「サイホンの原理を正しく説明している辞書はひとつもなかった」
と言っている。

 試しに、手元の「万有百科大辞典」のサイホンの項を読んでみたが、
別に誤りはないようだ。
 数式に大気圧が含まれていてややこしいが、
駆動力は重力ということがちゃんと読み取れる。

 ヒューズ氏は日本の辞書を調べるべきだったか?

  投稿者:EMAN - 2010/05/20(Thu) 19:26  No.9461 
> 何を原理と見るかの問題でしょ。

 そうです。
 私は、ヒューズ氏が単にそういう「見方の違い」を問題にして、
言葉尻をとらえて騒いでるだけなんじゃないかなー、と思ってしまった。

 でも、再び元記事を読んでみたら、そういうわけでもなくて、
英語圏の辞書が(科学者が書いたものではなかったので)
おかしかったというくらいの話らしい。

  投稿者:kafuka - 2010/05/20(Thu) 19:27  No.9462 
>重力が第一原因
やっと意味がわかりました。
大気自体は、エネルギーが増えも減りもしていない!!

結果的には、単に、水が上から下へと流れたのと、変わらない。

  投稿者:fnbo - 2010/05/20(Thu) 19:50  No.9464 
これはどうやら話題づくりのためだけに作った記事みたいですね。
EMANさんみなさんすみません。以後気をつけます。

  投稿者:EMAN - 2010/05/20(Thu) 19:58  No.9465 
 いや、大丈夫ですよ。
 こういう話で、あいまいだった理解が試されますからね。
 私には少し役に立った。

  投稿者:yuya - 2010/05/20(Thu) 20:24  No.9466  <Home>
>こういう話で、あいまいだった理解が試されますからね。

同感。トンデモ的な話も含め、全部そうやって利用させてもらってます。
(いや、もちろんトンデモな話題を歓迎しているわけではないですが)

  投稿者:kafuka - 2010/05/20(Thu) 21:30  No.9467 
Yuyaさん
サイホンについての僕の理解、妥当でしょうか?

EMANさん
>トンデモな話題を歓迎しているわけではない
もう、ボーム関係のコメは、僕が数式で議論できるよう準備が出来てないうちは、
しませんので、ご安心を。
(人から見ると、やってることは、凡人さんと変わらない)
T_NAKAさん、ASAさん、サンヤマさん、ご迷惑をおかけしました。
凡人さん、お怒りになったのかResがありませんが、メールやりとり、しましょうよ。

  投稿者:yuya - 2010/05/20(Thu) 22:10  No.9469  <Home>
kafukaさん:

>Δt秒間、まだ、水が動いてなくても、ホース内の水の圧力が低下する
>と同時に、ホースの左右で「ホースの水にかかる重力ー大気圧による力」が違う
>で、流れ出す。

>サイホンについての僕の理解、妥当でしょうか?

確信は無いけれど、たぶん私と同じ理解をなさっていると思います。

>よく考えると、最初、ホースを水で満たさないといけない。
>この仕事は、外から与えるもので、
>それが、どう後で働くか、単に消える(温度上昇となって)のか、気になります。

水を満たすのに用いた仕事はホース内の水の位置エネルギーとして蓄えられますが、
サイフォンが仕事を終えた直後は、まだ水が満たされているので、エネルギーは蓄えられたままですね。

ホース内の水を解放すれば、水は落下して熱なり仕事なりに変わるのではないでしょうか。
普通に水を持ち上げてから落下させるのと何ら変わりは無いと思います。

  投稿者:TOSHI - 2010/05/21(Fri) 10:17  No.9473 
 蛇足をひとつ。。

 地上で大気圧や水圧があるのも重力(引力)のおカゲです。

                    TOSHI

  投稿者:hirota - 2010/05/21(Fri) 11:03  No.9474 
サイフォンが機能する状況では、管から液体が落ちる力より大気圧が液体を押し上げる力の方が大きい。
液体柱の長さが違えば、短い方の落ちる力が小さい分だけ合計で押し上げる力が大きくなり、短い方が上がり長い方が落ちる。
管が長すぎると落ちる力が大気圧より大きくなり、液体は両方とも落ちるだけで吸い上がらなくなる。(水銀だと簡単に実現可能)

  投稿者:yuya - 2010/05/23(Sun) 12:51  No.9485  <Home>
hirotaさん、再度のご解説ありがとうございます。
満足しました(笑)。

つまるところ、「押し合い」の結果、
強く押しているほうが弱いほうに打ち勝つ、というイメージでよいのですね。