温かい息と冷たい息

Question

凍えるような冬、寒くて手を丸めて(口を開いて)「はーっ。」と息を吹きかけた時の吐息は暖かいですですよね。その逆、熱い物をさます時には(口を窄めて)「ふーっ。」ってしますよね。口の開け具合でどうして出てくる吐息の温度が違うのでしょう。
すご～く簡単な原理なのかもしれないのですが物理はだめなので出来るだけ分かり易い表現での回答をお願いいたします。

では。

puni2 · Accepted Answer

実はこの問題はいろいろな要因が関係していて，結構奥が深いのです。
以前，別の疑問系のサイトで書いたことがありますが（参考URL），抜粋して再掲します。

(1) 「ハー」のほうは、体温近くまで暖められた空気がそのまま出てくるので暖かい。
「フー」のほうは、（ある程度の風速があるので）摩擦により、周りの空気を巻き込みながら流れる。
通常、周りの空気は体温より冷たいため、温度が下がる。

(2) 体の表面で皮膚を覆っている、厚さ数mm程度の空気の層がある。「ハー」よりも「フー」のほうが、
風速が大きいため、この「空気の着物」を吹き飛ばし、皮膚は周囲の空気によって冷やされる。

(3) 手のひらの表面にある水滴が蒸発するときに奪われる蒸発熱の効果。

(4) 吐く息の中にある水蒸気が手のひらの表面に水滴となって付着する際に発生する凝縮熱の効果。

(5) 空気が狭い空間から広いところに押し出される際の圧力変化による温度低下。
気体が膨張するにはエネルギーが必要だが、膨張に要する時間が短いと、周囲からの熱エネルギーを
もらうひまがないため、自分の持っている熱エネルギーを消費して膨張する。このため気体の温度が
下がる。これを断熱膨張という。

(6) 口と手のひらとの間の距離の違い。「ハー」はあまり遠くまで届かないので、「ハー」を受け止める
ときはもともと手のひらを口の近くまで持っていくことが多い。これに対して、フーはある程度口から
離れていても届くので、(1)による効果が大きく出る。

これらのうち，いろいろな実験や計算によると，最も効いているのは(1)です。
手を口許にぴたりと当てた時は，(1)の効果が出ないので，代わりに(2)(3)が効いてきます。

(3)ですが，汗をかいた皮膚のほうが、「ハー」と「フー」の温度差を大きく感じるのは、
これが原因といえます。ただ，主な原因とはいえません。

(4) は、結論の一致を見ませんでしたが、私はあまり大きな要因ではないだろうと考えています。

(5) による実際の温度低下は、0.014℃程度という計算がありました。
また風速を上げればその分冷えるが、20m/sで0.3℃程度だそうです。20m/sといったら、ちょっとした台風なみです。
というわけで、少なくとも「ハー／フー現象」の主要因ということはできません。
しかし、一般向けの科学書などでこれを主要因としてあげているものがあり、注意が必要です。

以上，抜粋でした。詳しい説明はそちらのページをご覧ください。

ちなみに，スプレーなどを使い切る際に，長いことガスを出しつづけていると，缶が冷えてきます。これはたぶん本物の断熱膨張でしょう。
また，No.2の回答にあった学研の「ひみつシリーズ」というのは，学習雑誌ではなく，単行本（学習マンガ）です。

参考URL：http://homepage1.nifty.com/tadahiko/GIMON/QA/QA054.HTML

sokuratesu · Answer

多くの人がいろいろと述べていますが、これは「はー」の時の空気の速さが遅く、「ふー」は空気の速さが速いからです。

「ふー」の場合は空気が速く動くために、手から水分が気化する（手にアルコールを塗ったときにスーとするのはアルコールは気化しやすいから）ために冷たくなります。ゴム手袋をはめて行えば逆に暖かいくらいになります。吐く息の温度はほとんど変わりません。

このことは、風のある日のほうが洗濯物がよく乾くと同じ原理です。

なぜ、空気が速く動くと水が気体しやすくなるかというと、ほかの人が説明しているように、気圧が下がるからです。水は分子運動をしていて、この分子が飛び去っていくのが気化です。気圧が高いと分子は飛び去りにくくなります。

なぜ気化をすると、冷たく感じるかは分かりますか。

ymmasayan · Answer

＞「物理的」にはどんな現象なんでしょうか？
というかどうして息を巻き込んで温度が下がるのでしょうか。

少し難しくなってしまうのですが、流体の挙動を表すのに「ベルヌーイの定理」と言うのがあります。「位置のエネルギー＋速度のエネルギー＋圧力のエネルギー＝一定」というもので、流体の速度が上がると圧力が下がります。

このため圧力の下がった流体めがけて周りの空気が押し寄せてくるのです。（吸い込まれてくる）。冷たい空気が入ると息の温度が下がりますよね。
飛行機が浮く力（揚力）も翼の上面の空気の流れが速く、圧力が下がって浮くといわれていますよね。

もう一つ、簡単な実験ですが、下を向いて口の前に２枚の紙を平行に１ＣＭくらいの間隔で垂らします。強く吹くと２枚の紙がくっつきます。圧力が下がって周りの空気に押されたわけですね。

DASS · Answer

口を開いて「ハー」の場合、息の暖かさがそのまま手に伝わります。もちろん、息の勢いが弱いので、手は口のそばに持ってきてしまいますよね。
口をつぼめて「フー」の場合、手は口から遠いところにありますよね。だから息よりも冷たい周りの空気がたくさん手に届くので冷たく感じるのです。
ここまでは、すでにみなさんの回答がありますのをまとめただけです。

改めて、手の位置に注目してください。
手と口の距離が温度差の原因になっていますよね。
そこで手を口にくっつけてしまい、口をすぼめて手のひらに「フー」とするとどうでしょうか？冷たいですか、暖かいですか？

これが本当の息の温度です。暖かいはずですがどうでしょう？

ymmasayan · Answer

息の程度で「断熱膨張」はどうでしょうか。話としては面白いですが。

正体は息の速度の違いなのです。息を強く吹くと、周りの空気を沢山巻き込んで息の温度が下がります。
ゆっくり吐くと、息の温度がそのまま感じられます。
うそのような本当の話です。
この原理を応用すると蒸気や圧縮空気を吹き出して容器の中のガスを一緒に吸い出して真空を作る事が出来ます。この方法で真空を作る装置を「エジェクタ」といいます。産業分野で広く使われています。（参考ＵＲＬ）

参考URL：http://www.joho-iwate.or.jp/product/mach/mach18.html

redbean · Answer

「はーっ」の時は息の暖かさそのままですが、「ふーっ」
の時は、勢いが強いので息より冷たいまわりの空気を巻き
込むから、冷たく感じるのです。

サウナの中でこれをやると「はーっ」は冷たく、「ふーっ」
は熱いそうです。上の説明原理に当てはまりますね。

また、肌に息をかける場合は、風速が強い方が水分を
蒸発させる効果が大きいため気化熱を多く奪う、という
説明も成り立つでしょう。

「断熱膨張」は関係無い気がします。圧力は弱いし、
口の中で「断熱圧縮」されて上がった温度が元に戻る
だけと考えられるからです。

ライターにボンベからガスを注入するとき、ガスが漏れる
とともにノズル部分が凍りつくことがありますが、あれが
「断熱膨張」による現象です。

doroesute · Answer

「はー」も「ふー」も実は温度は同じというのを
学研のマンガ「ひみつシリーズ」で読んだ覚えがあります。
かなり衝撃的でした。

でもそこしか覚えてないので知識は身についていませんね。
ごめん、学研。

piro19820122 · Answer

一言でいうなら「断熱膨張」です。

どういうことかというと、口を窄めて「ふーっ」とするとき、吐き出した空気の圧力は高くなっていますね（口を開いて息を吐いたときと同じくらいの量の空気を狭い範囲に押し込めて出しているわけですから）。そこで、口から出てきた空気は、周りの圧力に合うように膨張するわけです（圧力が下がる＝体積が大きくなる）。気体が膨張する際にはエネルギーを使うのですが、一瞬のうちに膨張するため、他からエネルギーを持ってくることもできず、空気自身の持っている熱エネルギーを膨張するために使うのです。熱エネルギーを使うために吐息の温度が下がる、というわけです。
ですから、実は口から出た瞬間の温度は同じなのです。実際に指を唇に当てた場合と、唇から少しはなしたところに置いた場合で、息を吐き出してみると温度差を感じることができるかと思います。

温かい息と冷たい息

実はこの問題はいろいろな要因が関係していて，結構奥が深いのです。

この回答への補足

多くの人がいろいろと述べていますが、これは「はー」の時の空気の速さが遅く、「ふー」は空気の速さが速いからです。

この回答への補足

＞「物理的」にはどんな現象なんでしょうか？

口を開いて「ハー」の場合、息の暖かさがそのまま手に伝わります。

息の程度で「断熱膨張」はどうでしょうか。

「はーっ」の時は息の暖かさそのままですが、「ふーっ」

「はー」も「ふー」も実は温度は同じというのを

一言でいうなら「断熱膨張」です。

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