出産前後の痔にはご注意!

水圧が全方位からはたらく理由を調べていて,最終的に「水圧は水分子の熱運動による圧力であるから全方位からはたらき,水圧が水深に比例するのは重力とパスカルの原理によって説明される」という風に理解しました。この解釈は正しいですか?あとこの説明だと,よく聞く「水圧は水の重さによって生じる圧力」というのは間違いじゃないですか?

質問者からの補足コメント

  • 水圧が水深に比例するのは重力とパスカルの原理によって説明されるというのは

    「容器内の水をいくつかの部分に分けて考えると,1番上の部分は大気圧を受け,パスカルの原理からこれと同じ大きさの圧力を(水分子の熱運動によって)全方位に及ぼしている。このとき左右の部分も同じ圧力を及ぼし合うが,下の部分は大気圧(厳密には上の部分から受ける大気圧に等しい圧力)に加えて上の部分の重力を受けるのでさらに大きな圧力を全方位に及ぼす。これを繰り返すことで下の部分ほど大きな圧力を及ぼすことが分かる。これらの部分を限りなく小さくして考えれば,極限的に水圧と水深の関係が理解できる。」

    ってことです

      補足日時:2018/09/22 23:37
  • 水圧が熱運動云々は教科書に載っていたのでこれが間違っているとはあまり思えません。一応ソースを書いておきます。

    流体中の物体が圧力を受ける原因は、ミクロには熱運動している流体の原子や分子が物体に衝突するときに力を及ぼすことによる。-啓林館「総合物理1」より

      補足日時:2018/09/23 11:53
  • よく考えると水分子の熱運動に触れなくても,全方位にはたらく原因もパスカルの原理で説明できますね。皆さんご回答ありがとうございました。

      補足日時:2018/09/23 20:36

A 回答 (6件)

まったく間違っています。

というか、質問の文章が、間違いを超えて意味不明で、真面目に答えを返すことができない。それぐらい間違っています。

ものごとを物理的に正しく理解するには、2つの方法しかありません。

・ 一つは単純な原理にもとづき、数式を駆使し、厳密な過程をへて、出た結果を理解すること。

・ もう一つは、ひとまず原理や定理を理屈抜きで理解し、それによって、問題が解けるような実力をつけて、あとで、その感覚から原理の本質を知ること。

です。あなたのやっていることは、素人レベルなのに後者の方法をとらず、背伸びして、一見すると前者の方法をとるような過程で、大きく間違ってしまった、最悪の方法です。

厳密性もなく、原理にもとづかず、素人のなんちゃって解釈で、定理や原理の説明をしようとしているので、めちゃめちゃというか言葉にも文章にも意味がありません。科学の方法としてはあってはならない方法で、かえって本質的理解から遠のきます。しかも、ミクロの原理と、マクロの原理をごちゃまぜにしているので、もっとタチが悪い。

水圧は全方位に働くことは、マクロの予見としてひとまず受け入れ、その結果、深くなればなるほど、その上にある水量の重力がかかるため、水の重さによって生じる圧力、深さに比例する・・・というのも、なんとなくでいいから受け入れるのです。いくらミクロで考えても、あなたの実力で答えを出すのは無理だからです。

ものごとは原則にもとづいて実行するのが、急がば回れで、結局本質に早くたどり着きます。
がんばってください。
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この回答へのお礼

まあ教科書で説明不足だった点をいろいろ調べて納得できる説明をつなぎ合わせただけなのでそうなっちゃってますね。水圧の正体はミクロで考えてるのに水深のパスカルの原理の説明はほとんどマクロでここら辺の繋がりが弱いなとは思いました。だから自分でももはやこれらはほぼ別々で解釈しています。そして今の段階でミクロを扱うのは無理だと分かっているので,「水圧は水分子の運動由来の圧力」より踏み込んだことは考えないことにしました。
応援ありがとうございます。

お礼日時:2018/09/23 19:23

>段階的に変化するから5℃の水と50℃の水の圧力が変わらないということですか


詳細は存じません、が、100°Cの水が次の瞬間に水蒸気にはならず、なお熱をため込み(気化熱)その後に水蒸気になることからも・・。
考え方の一例すでに示しています(正しいかどうかはわかりません)。
原子・分子は高速で振動しています、そのため見かけの大きさは振動の幅を含めた大きさになります。
熱がこの振動に影響するとすれば2通り、振動の幅が大きくなる、いまひとつは振動の幅は変わらないが、速度(回数)が大きくなる。
幅は変わらず、振動回数が増える→圧力は変わらないが、温度が上がるにつながります。
重力加速度だけでも?。
水の分子一つがした方向に重力加速度により下に力を加えると?、ちょうど増真下の分子は真下方向の力受けます、少しずれていると斜め下、もっとずれていると下というより横方向へ、また下も横も水の分子が詰まっていれば、反作用が生じますね、上方向の力です。
氷の話ですが、0度から温度が低くなるのに連れ1相、2相・・・4相と折るそうです。もちろん温度に比例してこの順番ではありません、他の要因の関係で同じ温度でも異なる相の場合もあります。
地震でも、家は限界までは耐えますが、限界を超えると倒壊しますね、倒壊して、さらに各部がバラバラ・・・には地震どころではない激しい振動が必要ですね。
>流体中の物体が圧力を受ける原因
圧力は静圧と動圧があります、動圧は運動する物体が、衝突したときに発生する圧力で一定の方向を持ちます、それこそ摂氏90度の水で実験しても、4度の水で実験しても・・・するまでもなく動圧は同じが簡単に予想されます。
水圧は動圧ではなく静圧です。
熱運動している・・・この言葉は蛇足?、絶対温度0度でない限り熱運動は当たり前、それより質量に何らかの加速度が加わり運動エネルギーを得て運動、その運動が止められることで別のエネルギー(圧力)に変換(>流体の原子や分子が物体に衝突するときに力を及ぼすことによる)
>啓林館「総合物理1」
どんな人を対象の本?
プラスチック、温度上げていってもいつ溶解したか見分けられません、氷は、柔らかくなってから水になりますか?。
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この回答へのお礼

貴重なご意見ありがとうございます。少し難しかったですが,なんとなくは理解できました。たしかに熱によって一概に振動が激しくなるといってもどのパラメータが変化するのかで話は変わってきますね。やはり熱運動,というより粒子レベルで運動をしっかり考えるのは大変ですね。もっと踏み込むと量子論なども関わってくるのでしょうか。さすがに高校生ではこの先を論じるのは無理があると思うので,とりあえずマクロな現象として考えたいと思います。
あ,啓林館「総合物理1」は簡単な高校物理の教科書ですよ。だからあまり踏み込んだ話は載ってないのかも…。

お礼日時:2018/09/23 18:57

正しいですが冗長です。

物理のアルキメデスの原理では定義は簡単で「分子は周囲を均一と見なして行動する」だけ。アルキメデスは重力を知らず、分子間力も知らなかったので非常に単純な定義になりました。本当は分子も知られていなかったので水の粒を用いました。
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この回答へのお礼

間違ってなくて安心しました(^^;)
なるほど,現代でよく説明されているのはこの元来のアルキメデスの原理と「作用・反作用の法則」を合わせたものなんですかね?分子が周囲を均一と見なして行動するから,反作用が全方位にはたらくということになるのでしょうか。

お礼日時:2018/09/23 17:14

絶対0度では原子・分子の振動もなくなるとか聞いたことも」あるように思います。


水は摂氏100°で沸騰するといわれますが、100°に達してから、なを気化熱なるものを取り込んで初めて沸騰して蒸気になりますね。
原子・分子の振動・運動は熱に比例して連続的に変化するのではなく、段階的に変化するととらえる方が・・・・。
例 振動の振幅が大きくなれば?、当然圧力に影響が考えられます。
  振動の周期が速くなれば?、圧力は影響ありませんが、たぶん温度が上がるのかも。
これほどのことを論じるのに、「誤差」は許されません、実際に計測するわけではないので10のマイナス何乗、でも表現可能です、実際に実験した場合には使えますが。
他のカテでありました、回答で違論を言ったところ。「何か、などのエネルギーが・・・・」、なんて言い訳していました、はなから質問になっていませんね。
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この回答へのお礼

確かにそうですね…。この議論で誤差の範囲は失言でした。すみません。

>原子・分子の振動・運動は熱に比例して連続的に変化するのではなく、段階的に変化するととらえる方が…。

ここをもう少し詳しく教えていただいてよろしいでしょうか?段階的に変化するから5℃の水と50℃の水の圧力が変わらないということですか?

お礼日時:2018/09/23 11:48

5℃の水と50℃の水の違いはどう説明しますか? 水圧は変わりませんが・・

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この回答へのお礼

同じ「水」という状態なら(まだ熱運動がおとなしいから)圧力の差は誤差の範囲…?でも分子の運動エネルギーの増加は温度の増加としてきちんと感じとれますね…。水分子の運動って熱運動じゃないのかなぁ…

お礼日時:2018/09/22 23:35

ちょっと難しく考えすぎ。



原理は実に単純で、たとえば説明の簡略化のため上下方向の軸だけ考える。
水がある。
そこにボールを沈める。
水は動きたくない性質(慣性)があるからボールを排除してとどまろうとする。
その結果ボールは下からの圧力を受け、浮き上がろうとする。
ところが上の水にも動きたくない性質(慣性)があるからやはりボールを排除してとどまろうとする。
その結果ボールは下向きの圧力を受ける。
トータルしてボールは上下のどちらからも圧力を受ける。
上からの圧力の分が下からの圧力に比べ若干弱いが、それはボールの上向きの力で相殺される。

それだけの話。
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この回答へのお礼

流体の性質によって圧力が生じるということですかね?この場合下からの圧力が上からの圧力より大きいのはどう説明されるのでしょう?

お礼日時:2018/09/22 23:32

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No.2です。「お礼」に書かれたことについて。

>ああ,不定ではなくむしろ任意と考えればいいのですね。

はい。

>質量をm[g],加速度をa[m/s^2]と与えると,質量の単位をkgに換算してから力F=ma/1000Nが求められますが,このように単位ごとに換算しなければいけないので,どんな単位でも運動方程式が成り立つわけではないですよね?

「ニュートン」という単位をそのまま使うからそういうおかしな話になります。
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次のような回答ではいかがでしょう。

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質問者さんも「止まっている=冷たい」と聞いたことがあるようですが、原子レベルでこれが起きることが「温度」です。

次のようにイメージされるといいと思いますがいかがでしょう。

○徹底的に冷やした(絶対0度の)氷の塊・・・水の原子(分子)が完全に止まっていて、振動もしていない。また、原子や分子同士は、至近に近づくとお互いに静電気のような力で縛りあう性質があるので、まったく振動がないと互いに縛りあってきれいに並び、「固体」を形成する。
○-10℃の氷・・・分子は振動している。でも互いの縛りあいを断ち切るほどではないので形が保たれる。。
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また、この振動は、36℃(体温)の振動より小さいので、体の一部がこの水の中に入ると、体の持つ振動を奪い、水の少し温度が上がる代わりに体の温度が少し下がる。これは体にとっての異常事態なので、専用の神経が脳に警報を送る。これが「冷たい」状態。
○80℃の水(お湯)・・・分子同士がくっついたり離れたりを繰り返すが、振動はとても強く、ここに体の一部が入ると、強い振動が伝わって静電気の力の弱いたんぱく質がちぎれ(分解され)「やけど」になる。(長時間では「煮物」「焼き物」になる(泣))
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なお、「冷気」は次のように理解するのはいかがでしょう。
 空気を構成する窒素や酸素は、水に比べて分子同士の縛りあう力が弱いので、10℃程度では液体にならない。でも10℃では体温を奪う。これは、テーブルの上で止まっている10円玉に、もうひとつの10円玉をぶつけた場合に、止まっていたほうが動き出しぶつけたほうが止まるイメージ。これが「熱を奪われてひんやり」する状態。
(なお、このイメージでは、10℃の空気に36℃のコップのお湯を触れさせると、やがて空気が36℃になりコップが10℃になるように見えてしまうが、実際にはいろいろな速度や振動の粒子が混在するので、中間のある温度で均衡する)

さらに、「宇宙」も提起されているので・・・
○上記の説明では、太陽のない宇宙空間に浮いている20℃の物体(地球など)は永久に20℃のままのはず。何しろ宇宙は真空なので、振動を奪う粒子がない。(事実、魔法瓶はこの原理を利用している)
○ でも、ここで出てくるのが「放射冷却」。少々難しいですが・・。
 速度を持った原子同士がぶつかって跳ね返ると、もっとも単純な原理では速度の総和は同じはず。(つまり温度は変わらない。)しかし、原子はわずかながら静電気の力を持っているので、ある電磁気の原理から、振動や衝突の瞬間に、一瞬、電波が発生し、そのエネルギーの分の速度が低下する。この電波が「赤外線」であり、その結果として発生する速度の低下(温度の低下)は「放射冷却」と呼ばれる。
○ したがって、太陽から遠い宇宙空間の浮遊岩石はほとんど-270℃まで冷え切っている。また、太陽の光の弱い北極や南極では気温が-50℃以下に低下する。(でも、一度温まった大きなものが冷えるのにはそれなりに時間がかかるほか、地球には暖かい部分から来る空気と海の対流があるので-200℃などの極端には冷えない!偉い!)

さてさて、熱・温度はとても奥が深く、少々長くなってしまいましたが、いかがでしょうか。
お役に立てば幸いです。

こんにちは。
まだ閉じられていませんね。
次のような回答ではいかがでしょう。

ポイントは、「温度とは、原子の運動・振動のスピード。しかし、さらに難しい問題が・・」」

質問者さんも「止まっている=冷たい」と聞いたことがあるようですが、原子レベルでこれが起きることが「温度」です。

次のようにイメージされるといいと思いますがいかがでしょう。

○徹底的に冷やした(絶対0度の)氷の塊・・・水の原子(分子)が完全に止まっていて、振動もしていない。また、原子や分子同士は、至近に近づくとお互...続きを読む

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