長いストローを準備して、水深2mの所の水を吸い上げるのと、
水深10cmの水を吸い上げるのとで、吸い上げるのに必要な力は違いますか?
違うとすれば、どう違うか、またその理由を教えてください。

A 回答 (1件)

 


水面から上の高さで力は変わる。
水深は2mでも10cmでも10000000000000mでも、水面から上が同じなら吸い上げる力は同じ。

 
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
良くわかりました。

お礼日時:2009/05/16 17:55

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Q水とストローを使った実験について

水(液体)の入ったコップ等にストローを挿し、指で飲み口側の穴を塞いでから持ち上げるとストロー内の水(液体)がこぼれずにストロー内に留まり、指を離すと水はストロー内から流れ出ますよね?
何故、この様なことが起こるのか教えてください。


申し訳ありませんが、外国人の知人から教えて欲しいと頼まれたので、出来るだけ分かりやすく教えていただけたら嬉しいです。

Aベストアンサー

気圧が関係しています。指と水の間の空気が、水が落ちようとすると気圧が下が労とします。そうすると、周りにある空気の方が気圧が高くなるので水を押し上げることになります。また、水が押し上げられると気圧が高くなり、最初の位置に戻ったところで、気圧が周りと等しくなるのでとまります(最初の気圧は周りと同じなので)。
同じ事を利用して、コッブに水を入れておいて、コップのふちと隙間の無いような板で蓋をしてひっくり返し(この時蓋は手で押えておく)、そのまま真上に持ち上げると板が落ちずに水もこぼれないはずです。

Q水のポンプの吸い込み高さについて

水の吸込み高さはポンプの能力に関係なく限界値は10mですよね?

<調べた計算式>
1気圧=1013.25hPa=101.325kPa
 重力加速度:9.80619920m2/s
 101.325/9.80619920=10.33274m

質問(1)
なんとなくポンプの能力の大小で吸込み高さは変わってくる気がする。
大きければ大きいほど吸込めませんか?(10m以上でも)
質問(2)
吸込み高さと1気圧、重力加速度がどう関係するのかが理解できませんので教えてください。

Aベストアンサー

ポンプで水を吸い上げる時、高さの差がある値以上になると吸い上げることが出来なくなるというのは早くから知られていたことです。多分ガリレオの時代からでしょう。問題になった場面は鉱山でのわき水のくみ上げです。トリチェリーの真空で有名なトリチェリーはガリレオの弟子です。トリチェリーがあの実験をやってみようというきっかけにもなっていると思います。
1mほどの片方が閉じているガラス管を横にして水銀を満たします。開いている方を下にして縦にすると液面が下がって76cmの高さのところで釣り合います。水銀の上には空間が出来ます。これが真空だというのはかなり議論を呼んだことのようです。ガラス管を斜めにするとこの空間がどんどん小さくなります。寝かしてしまうと消失しますので空気のような気体が入っているものではないというのは示すことが出来ます。高さの差が76cmですから斜めにするとガラス管に沿っての水銀の長さは長くなります。

この実験はご存知ですか。

水銀の気圧計も血圧測定の圧力計もみな同じ考えを使っています。

水の場合も長いホースに水を満たして持ち上げていくと同じような実験が出来ます。でも実際はなかなか難しいようです。古い本ですが岩波かがくの本のシリーズ(板倉聖宣著)に実験がのっていました。透明なビニールホースを川に沈めてから欄干に引き上げるということをやっています。気密性を確保するのが難しかったようです。水の重さもかなりになりますので欄干に引き上げるのも大変です。断面積が5cm^2だとすると50kgほどになりますから。

水銀の密度が水の密度の13.6倍であるということが76cmと10mの違いです。

10m以上ある時は吸い上げポンプでは駄目ですが押し出しポンプでは可能です。川の水を堤防の上にくみ上げたいときはポンプを水面近くに持っていきます。
ポンプの能力が大きくなると一度に吸い込む水の量が大きくなります。

>1気圧=1013.25hPa=101.325kPa
 重力加速度:9.80619920m2/s
 101.325/9.80619920=10.33274m

この数値はどこで見られたものでしょうか。物理を知らない人の書いた数字だと思います。9.8という値は日本の標準値です。その下の桁の数字は場所ごとに変化しますので普通の計算では9.8という数字を使いましょうという約束だと思って貰うといいです。物理の教科書に出てくる値です。ポンプの吸い上げ能力を理解するのには細かい数字は必要ありません。
重力の加速度の値は地球の自転の影響を受けますので緯度が高くなると大きくなります。地球の内部構造の影響も受けます。日本で9.80を越えているところは東北地方から北です。9.806という値は北海道になります。沖縄の那覇で9.791です。最後の1のところは沖縄の中でも変わります。
(場所ごとの細かい重力の違いから地殻の構造などを知ることができます。そのために比較の基準となる値が国際会議で決められています。9.80619925という数字は北緯45°での海面での基準値です。1980年のものです。細かい数字には細かい数字を使わなければいけない場面が想定されています。)

一人で勉強するときに細かい数字に引きずられると現象が見えなくなることがあります。大きな現象の意味を理解するつもりの方がいいと思います。

4桁以上の数字が出てきた場合は別の本を調べて見る方がよいようです。書いた人が現象の意味がよく分かっていない可能性がありますから。

ポンプで水を吸い上げる時、高さの差がある値以上になると吸い上げることが出来なくなるというのは早くから知られていたことです。多分ガリレオの時代からでしょう。問題になった場面は鉱山でのわき水のくみ上げです。トリチェリーの真空で有名なトリチェリーはガリレオの弟子です。トリチェリーがあの実験をやってみようというきっかけにもなっていると思います。
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