No.1ベストアンサー
- 回答日時:
体系的な説明と言えるかどうか・・・
図のように、上部を閉じた丈夫な内径不問、高さ13mくらいの円筒を池に立てます。
最上部から真空ポンプで中に入っている空気を抜いて行くと、水は水面に働く1気圧の大気に押されて、約 10.3mの高さまで上ります。
それ以上は、円筒内の水の重量が勝つために、真空ポンプで幾ら引っ張っても水は上がりません。
(厳密には本当の真空ではなく、 15℃で約 0.017気圧の水蒸気を含む、高い減圧状態になり、これを考慮すると 10.3mではなく約 10.1mまで上がります。)
この状態で、図のAの部分に、赤線で示す軽くて丈夫な蓋をあてがい、全体を池から外に出します。
大気が下から押す力と水の重量が釣りあっているので、ギリギリ水は落ちません・・・と言いたいですが、余りにギリギリ過ぎて、少しでも蓋に重さがあれば、水+蓋の重力が大気圧に勝って水がこぼれ出ます。
10m以上では欲張りすぎで、高さ5mの円筒の中の空気を全部抜いて水を満たせば、今度は余裕で水は落ちません。
水を満たしたお椀に、空気が入らないようにプラスチックの板で蓋をした場合は、お椀の中は図の緑線と同じ状態です。
この程度の僅かな水の重量なら、1気圧で働く空気の力は、蓋を楽々押し付けて、水をこぼしません。
No.2
- 回答日時:
空気の圧力のため、というので正解です。
お椀をひっくり返した状態では、下敷きには3つの力がかかります。
1. 重力(下向き)
2. 水から(下向き)
3. 空気から(上向き)
最後の空気の圧力による力は、お椀の面積(説明しづらいのですが、図のSです)に空気の圧力を乗じたものです。
3が1と2を合わせたものよりも大きければ下敷きは落ちません。
ペトリ皿でも全く同じことが言えます。
この空気の圧力による力は、結構大きなものとなります。
例えば、お椀の直径が10cm程度だとすると、8000kg重(8tの物体にかかる重力と同じ大きさ)程度になります。
数百ccの水と数gの下敷きを支える程度など全く問題ない大きさなのです。
# 気圧による力がいかに大きなものであるかは、有名な実験があります。
# 「マグデブルグの半球」で検索してみてください。
ちなみに、水を満たさずに下敷きで蓋をしてひっくり返した場合は・・・当然ながら下敷きは落ちてきます。
これはお椀に空気が入っているためです。
上記の3項目のうち、2番目が「空気から(下向き)」となります。
この力の大きさは3番目と同じなので、1の重力のために下敷きは落ちるというわけです。
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