運河前後の高低差

入口と出口で水位に差があるから「閘門」な仕組みがあるとか。　今話題の運河

そもそも、海は全てが一体でコップの中の水と同じだから高低差が何かの原因で生じたとしても高い方から低い方に水は移動して水位差は無くなるのでは？
運河前後で常に水の高さが異なるのなら、その差を作る水の運搬装置が常に動いていることになるが、そんなポンプがどこにあるの？
黒潮とか気流とかはある。それが要因？でも地球は自転しているのだから、２４時間周期でなら分かるが常にではないよね。公転の年周でもないようだし

No.10 回答者： yos1912 回答日時： 2025/02/12 21:10

黒潮内に閉じ込められた海水についてのみ考えます。

ここの海水の水面の高さと堆積はいつも同じですから、位置エネルギーは一定の値になります。これは栓をしているのと同じ事といいたいだけです。この状態だけを考えるのなら、地球の自転を遅らせたりする原動力とはなり得ないしどこかからエネルギーを奪ってくる必要もないといいたかっただけです。ついでにいうと、Ｊ＝一定ならｊ／ｓ＝０です。
　前回の回答の主旨は後半にあります。黒潮は海水を内側に閉じ込める原動力となっています。でも、これは流れですから、摩擦などによって最終的には止まってしまいます。できの悪いポンプと同じです。エネルギーを消費するのは内部に閉じ込められた海水ではなく、黒潮(の運動エネルギー)にあります。黒潮を維持するためのエネルギー源は突き詰めていけば(地球自転ではなく)太陽放射に由来すると書いたつもりでしたが、理解していただけなかったのは残念です。

No.9 回答者： yos1912 回答日時： 2025/02/11 19:46

ポンプの代わりに栓でもしておけば水位は維持できますよね。

位置エネルギーは変化しません。栓は何も仕事をしていませんから当然です。ポンプに変わったところで同じ事です。
　例えば黒潮流の中心部からパイプで水を引き出してその高低差を利用して発電したとするとどうなるかを考えてみます。内側の水はなくなっていきます。
体積を維持するためには黒潮流の半径は小さくなって最終的にはなくなってしまうと考えるのがふつうです。
　ところで、黒潮流を維持するしくみが地球にはあります。それが大気の大循環です。概要でいうと、大気の大循環(貿易風・偏西風)によるエクマン流が海流とされています(風に押された方向にながれない)。
　だとすると大気の大循環のエネルギー源が問題になってきます。これは太陽放射に由来しています。赤道付近は日がよく当たるので暖かく、極付近は逆に寒くなります。このようにして気温差ができると大気の対流が生じます。これが大循環の元となります。海流も温度差で対流が生じそうですが、上層部が暖められるので対流はできないようです。
　海流維持のエネルギー源を突き詰めれば、太陽に起因することになりますから、地球自転に影響しない、遅くなることはないということになります。

この回答へのお礼

あのですね、海のどこに栓があるの？

月の引力が原因だとすると、これが海水の移動を発生させるのだが、地形などの関係で海水が流れ込みやすいが抜けにくい場所あるとすると、そこでは他の場所よりも水面が高くなる。
これが結論で「基本的に解決」でしょ？回答者さん自身が認めてますよね。
つまりJではなくJ/sの話。栓をして静止状態はJの話。
水頭が発生することにより入る水量と出る水量が釣り合うから、そこでは恒常的に高い水位が存在するように見えるだけ、これが結論だよね。
回答者さん向けにわかりやすくしてやると、底に穴のあるバケツに水を入れ続けると、ある程度水が溜まった時に入る量と出る量が釣り合って一見するとバケツの水位が一定のように見えるよね。これで「バケツ水位一定」の説明に位置エネルギーの話が出るの？

とりあえず、どの海のどこに栓があるのか教えてください。たぶん世界の海は全部つながっていますよ。

お礼日時：2025/02/11 23:00

No.8 回答者： yos1912 回答日時： 2025/02/08 19:05

高い所にずっと同じものが居続けても位置エネルギー量は変化しません。

変化するのは高さが変わった時のみです。
　これと同じで、海面が高い状態で維持されているのなら持っている位置エネルギーは変わりませんから地球の回転エネルギーを奪うということは起こりません。海面の高さは、転向力で高くなっていこうとしますが、高い所から低い所に滑り落ちようとする力で押し返されて、中に入っていけず海流回転の中心部の高さは維持されたままになります。
　少なくとも、位置エネルギーを維持するために回転エネルギーが消費されるとすると、エネルギー保存の法則に反します。

この回答へのお礼

＞高い所にずっと同じものが居続けても位置エネルギー量は変化しません。
そんなことは周知の通り。

エネルギーJではなくWつまりJ/sの話。
コップの水面は定常状態ならは水平。しかし常に何らかの水位差を生じさせ続けられているとすれば、それを維持するためにポンプが動作しているということ。
そのポンプは仕事をしているのだから、それが電池動作の電動ポンプだとすれば電池が尽きたら停止して何時かは定常状態の水平になる。

運河には入口と出口で水位差がある。ポテンシャルエネルギーは全体の方向性としては減るしかない。つまり水位差が無くなるように高い所から低い所に海水は流れる。
ところがそれが維持されているということはポンプの役割をするものがあって、それを稼働させるのにJ/ｓを供給する動力源が有る。
それが無くなったときに、暫くしてその水位差が無くなる、ってことでしょ？

現在はポンプが動いている過渡現象中ってことでいいですかね？

お礼日時：2025/02/10 03:20

No.7 回答者： yos1912 回答日時： 2025/02/07 20:00

基本的に解決していると思いますが、海面の高さが変わる例をひとつあげておきます。

　地球は自転しているので、物体の進行方向は曲がります。これは転向力という力が働くためで、北半球では右向きに曲がろうとします。北半球では転向力は右向きです。北半球でまっすぐ進む流れがあったとすると、水は右の方に集まってくるのでどうしても右側の水位が高くなってしまいます。この時に海流はどう流れるかというと、高くなった方向から低い方向に押す力と転向力が釣り合う形になってまっすぐ進んでいきます。このような流れを密度流といいます。
　黒潮だって、ぐるっと回っている内側の水位は高くなっています。何ｍだったかはうろ覚えなので書かないことにします。この水のかたまりが外側に広がろうとする力が、転向力で黒潮が中心方向に曲がろうとする力を打ち消しています。

この回答へのお礼

高さの差は位置エネルギー。
それを維持しているということは仕事をしているということ。
じゃ、その仕事をしているのが仮に自転だけだとすると、最終的には自転は停止してその時に海の高さは均一になるということ？
つまりは運河の前後で高低差があるのは、地球が作られたときのコマの勢いが未だ有る一時的な現象ということね

お礼日時：2025/02/08 03:55

No.6 回答者： 真魚 回答日時： 2025/02/07 11:53

パナマ運河は内陸部の水路（ガツン湖という人工湖）が海抜26メートルもあるので、上げ下ろしのために閘門が必要です。

1回の通行に19万トンもの注水/排水が必要だそうです。
ポンプは各閘門のところにある。注排水の時間もかなり掛かるようです。

スエズ運河は掘割で地中海と紅海の水位差が最大2.5メートルしかないので、閘門がありません。

http://www.sharoushi-sano.jp/16341608481489

〜〜〜〜

運河とは関係なく、海面の高さは潮の干満で1日に2回変化します。高低差は数メートルにもなります。

鳴門海峡の渦潮は瀬戸内海と太平洋の干満の差があり、海峡が狭くて流れが早いための現象です。

満潮時の最高海面・干潮時の最低海面・その平均海面は、場所によっても差があります。世界中の平均海面が同じ高さというわけではありません。

というような基本的なことは、義務教育の社会科（地理）の授業で教わったような気がします。


海面の高さの変化は船舶の航行のために重要な事項なので、日本周辺の海域・港湾については海上保安庁が測定した値を告示しています。基準になるのは東京湾の平均海面です。
　↓
https://www1.kaiho.mlit.go.jp/TIDE/datum/


余談：
アマゾン川は河口から1600km遡っても標高差は32mだそうです。とても緩やかなので、かなり上流まで船が無理なく溯れます。

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2025/02/07 10:41

パナマは中央の標高が二十m ほどありますので、関門はそのためにあります。

太平洋と大西洋で25cmの水面差が有るのは地形と海流等の影響でしょう。
海流のエネルギー源のひとつは極に近い地方と赤道に近い地方の寒暖差。
寒い所で海流は重くなって深層に潜り、暖かい所であたたまって浮上して寒い所へ還ってゆくそうです。つまり地球は巨大なポンプです。

この流れがないと、地球上の寒暖差はもっとひどくなるそうです。
#だいぶ以前NHKで特集してました。

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2025/02/07 10:17

潮汐（潮の満ち干）というものをご存じですか？

それを生み出しているのは「月の引力」です。従って、地球上の場所が変われば「月の引力の大きさ」が変わります。
↓
潮汐のしくみ
https://www.data.jma.go.jp/kaiyou/db/tide/knowle …

そして、月に引っ張られる「海水」には「粘度、粘り気」があって、瞬時に張形を変えられません。必ず「時間遅れ」を生じます。

＞高い方から低い方に水は移動して水位差は無くなるのでは？

高校の物理や化学の教科書によくある「十分時間が経ったら」そうなります（「平衡状態」です）。しかし、短時間の「まだ過渡変化中」であれば、上記の「時間遅れ」があってそうはなりません。
地球の自転による月の引力の時間的な変化、地形や水深による「水の移動の時間遅れ」などによって、海水は常に「過渡変化中」なのです。

下記の「潮の干満表」を見れば分かるとおり、場所によって満潮・干潮時刻は場所によって異なるのです。
たとえば、下記の「潮位表」で見れば、明後日（2025年2月9日）の
・千葉県・銚子の満潮時刻：4:59、12:07
・千葉県・館山市の満潮時刻：4:28、13:16
・千葉県・千葉市の満潮時刻：4:31、14:13
であり、房総半島の太平洋側、東京湾側でこれだけ違います。満潮時刻の順番も変わります。
潮位は、銚子で満潮時 +120cm、干潮時 +10cm、千葉市で満潮時 +153cm、干潮時 +20cm ですから、同じ時間には、房総半島の両側に数cm 程度の潮位差があるということです。
↓
https://www.data.jma.go.jp/kaiyou/db/tide/suisan …

No.3 回答者： mojitto 回答日時： 2025/02/07 09:57

そもそもパナマ運河は途中で湖を通過します。

なのでその湖の標高に向けて船を上下させる必要があります。

No.2 回答者： ShowMeHow 回答日時： 2025/02/07 08:51

太平洋側の平均水位がカリブ海側より24 cm高いというのは、地形や海流や気流に起因するものと考えてよいです。

コップの中でも風が吹いて流れが起きれば当然高低差も出てきます。

No.1 回答者： joypeet 回答日時： 2025/02/07 06:49

水路の片方をせき止めれば水は溜まります

船は水に浮かぶので溜まった水の上に浮かびます
そこに次の水路があれば　前に進む
それだけの事です