水が止まるのはなぜ？

　水をいっぱいに入れた容器（例えばペットボトルを）を逆さにすると、水は下に落ちます。次に下に水を受ける容器を置いておきます。すると下の容器に落ちた水の水面がペットボトルの口と接すると、それ以上ペットボトルからは水が落ちなくなり、下の容器の水面の高さは一定となります。
　ペットショップで猫や犬の水やりに（猫や犬が水を飲んだ分だけ、上の容器から水が落ち、下の飲み口の容器に補充される）、この現象を利用した商品を見かけます。
　この現象の「原理」の名称と、上の容器（ペットボトル）の中の水が落ちて少なくなっていく過程で、空気が入ってきますが、この容器の空気の気圧は変化しているのでしょうか？
　例えば、外の大気圧は１気圧とし、水の入っている上の容器の高さが１０ｍ（トリチェリの真空で、水は１０ｍまで上昇すると仮定すると）とします。そして水がこぼれ落ちて５ｍの高さになったときに下の容器の水面と上の容器の口が接して、水が落ちなくなりました。
　はじめは、上の容器の中には空気がないのが、水が落ちるにしたがって入り、５ｍの段階では上の容器の中の空気は０．５気圧入っていると考えたらよいのでしょうか？
初めての質問で慣れていませんが、質問の意図を察して回答をお願い致します。

No.4 ベストアンサー 回答者： Skynetwork 回答日時： 2006/01/12 14:21

「外」の空気が水受け容器の水を押す圧力は常に１気圧ですので、

バランスするためにはペットボトルの中にある「水と空気」全体で
一気圧の圧力で水受け容器の水を押していなければなりません。
ペットボトルには５メートルしか水がありません。
この水だけをみれば、0.5気圧分しかありません。
（水柱の高さがそのまま圧力に比例すると考えます）
すると、残りの何かが0.5気圧で下に押してもらわなければ
なりません。それがペットボトルの中の空気です。

仮にペットボトルの空気の気圧を無理矢理１気圧にしたとします。
水が5メートルですから、合わせて1.5気圧ですので
外から押される力より、ペットボトルから出て行く力の方が
大きいですね。すると水は流れ出ます。空気の圧力はそれに従って
減って行きます。
どれくらい流れるかは計算しないといけないですが(^^;、
水の高さによる圧力+ 内部の空気の気圧 = １気圧
になるまで水は流れ出ます。
結局ookataさんの考えで間違いないと思いますよ。

この回答へのお礼

連絡が大変遅くなりましたことをお詫び申し上げます。
回答者によって答えが違いましたので、混乱してしまい今まで調べておりました。
以下のホームページが理解に大変役に立ち、直接連絡したところ、この現象の直接の名称はないがパスカルの原理は関係しているということでした。
http://www.hitachizosen.co.jp/kankyo/alss/access …
ありがとうございました。

お礼日時：2006/01/27 19:02

No.5 回答者： Teleskope 回答日時： 2006/01/12 21:05

　

　
　No.3です、私の回答が
>>　なお、上の方は密閉してるしてないに関係ありません。 <<
　で終わってるのが誤解されそうなので補足しておきます。
「 泡が、上昇に伴って膨張する現象は、上の方が密閉されてても外気開放でも起きる 」 という意味です。上部が開放されてる場合は、底部の水圧は1気圧以上なので外気は自然には入りません、その圧に対抗した圧力で吹き込む必要があります。吹き込まれた泡は、上昇に従って１気圧まで減圧膨張する、こんな意味です。深海でのダイビングの泡ですね。


　ご質問の話に戻って、上部が閉じてる場合は；
最後の泡が膨張する分だけ余計に水が排出されて 5mより少し下がった所でバランスします。それを支える上部の気圧も最終的に0.5気圧より少し低めですね。　ですから最後に入る空気の量に依存する、ゴボッと大量に入れば最終水位も大きく下がる、とうことです。
　
　

この回答へのお礼

連絡が大変遅くなりましたことをお詫び申し上げます。
回答者によって答えが違いましたので、混乱してしまい今まで調べておりました。
以下のホームページが理解に大変役に立ち、直接連絡したところ、この現象の直接の名称はないがパスカルの原理は関係しているということでした。
http://www.hitachizosen.co.jp/kankyo/alss/access …
ありがとうございました。

お礼日時：2006/01/27 19:01

No.3 回答者： Teleskope 回答日時： 2006/01/12 02:07

　

　
┏━━┓
┃　　　┃
┃　　　┃
┠──┨0メートル
┃　　　┃│
┃　　　┃│
┃　　　┃│
┃　　　┃↓
┃　　　┃hメートル
┃　　　┃
┃　　　┃
┃　　　┃
┃　　　┃
┗┓┏┛


　海の深さと水圧をイメージすればいいです。深いところは圧力が高い、浅いほど圧力は低い。　1気圧の外気がビンの口から入った瞬間は１気圧です。それが泡となって昇る途中は段々圧力が下がってるのですね、これに注意。　ゆえに泡は昇るに従って膨張します、その場所の水圧と常に同じです。なぜなら泡の大きさは高が知れてるので膨張に何のもたつきもありません、瞬時にバランスします。


（重箱の隅のような話でくわしく言いますと、口から入った時の体積より増えるんですね、口から入る体積は 出た水の体積と同じだとすると、登り切った空気は、それ以上の体積になってます。過剰なのです。口がふさがったとき最後に入った泡が登って膨張する分だけ、排出は続いてますですから5mより気持ち下がって止む、と。
　実際、背の高い透明なパイプから液体を排出するとき下から入ったアブクが昇るに従って大きくなるのは見慣れてた光景でした。それでこんな細かな話が。　なお、上の方は密閉してるしてないに関係ありません。）
）
　
　

No.2 回答者： ojisan7 回答日時： 2006/01/11 22:01

わたしの子どもの頃、自宅で鶏を飼っていたときのことをなつかしく思い出しました。

当時はほんとに不思議に感じていました。さて、ご質問の件ですが、ookataさんの把握で、ほぼ、いいんじゃないかと思います。１０ｍでトリチェリの真空ですから、容器に中の気圧は０気圧です。５ｍだったら、容器の中は０.５気圧です。力のバランスはうまくとれています。それで、正解です。

この回答へのお礼

連絡が大変遅くなりましたことをお詫び申し上げます。
回答者によって答えが違いましたので、混乱してしまい今まで調べておりました。
以下のホームページが理解に大変役に立ち、直接連絡したところ、この現象の直接の名称はないがパスカルの原理は関係しているということでした。
http://www.hitachizosen.co.jp/kankyo/alss/access …
ありがとうございました。

お礼日時：2006/01/27 18:59

No.1 回答者： bandgap 回答日時： 2006/01/11 21:14

気圧に注目なさった点，とても素晴らしいと思います．しかし気圧の考え方は間違っておられます．

5 m の段階でペットボトルの中に入っている空気は，やっぱり 1 気圧です．ペットボトルの口が塞がれていない場合には，水は重力に従って落ちます．

水面がそのまま低下すると，ペットボトル内部の気圧が 1 気圧より低くなります．するとペットボトル内部の空気と大気圧とに気圧差が生じるので，外の空気は中に入って来ようとします．

しかしペットボトルの口が塞がれていると

・水が落ちようとする
・わずかに空気圧差が生じる
・しかし外の空気は入ってこられない
・空気圧差によって，落ちようとする水が引っ張られる

ということで，水は落ちません．