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以前別の質問の絡みでお聞きしましたが、断面積1cm^2のストローだと10m以上水を吸い上げることが出来ないそうですがなぜか教えて下さい。水が10mだとストローの一番底の圧力が0.1MPaで、絶対真空が-0.1MPaだからなんとかというのは覚えていますが、詳しく理解したいと思いますので。よろしくお願いします。

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A 回答 (7件)

 既に回答は出ていますが,下記のペ−ジに説明がありますので,御覧になって見て下さい。



  ◎ 1気圧はなぜ760mmHgなのか

 簡単に言うと,断面積1cm^2で高さ10mの水柱の水圧と大気圧が釣り合うから。それ以上,水が高くなると,大気圧が水圧に負けて水が下がる(つまり高さが低くなる)。

参考URL:http://www.geocities.com/yoshihitoshigihara/760m …
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この回答へのお礼

ありがとうございます。URL参考になりました。

お礼日時:2003/06/24 22:57

圧力は均等にかかりますので,断面積が1cm2である必要はありません.


(パスカルの原理を御参照.)
断面積がいくつであっても,1気圧の下ではポンプだろうとストローだろうと,
水は10mまでしか上げられません.
(実際はいろいろな損失があるので10m以下で実質限界です.)
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11mのストローを吸うと,上部が減圧して水がどんどん上昇しますが,10mになったときに上部の圧力と水の蒸気圧が釣り合うんじゃないですか?



だから,それ以上吸おうとしても,ストロー内の水が蒸発するだけで,上には上がって来ないのでは?

毛細管現象みたいに,減圧とは異なる原理を使えば,10m以上吸い上げることも可能ですよね.
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こんばんは。


一つ勘違いされるといけないので(まさかとは思うのですが)ちょいと補足します。
全て「ストローは垂直に使う場合で、水面から計った長さが」っていう前提です。
ストローが水平に走ってるなら、100mだって大丈夫ですよ。それだけ吸えればの話ですが。

判りきってたらm(__)m
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地上の大気圧が1気圧(MPa換算不明)で、ストローの空気を引くことによって、吸い上げられるのではなく、周りの空気がストローの中に水を「押し上げる」のです。


ですから、大気圧以上に水は押し上げられることはないのです。
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不十分な答をします。

水をストローで吸い上げているのは、吸い上げていると思っているけど、水面を大気圧が押していることが、吸い上げられる原因なのです。ですから、大気圧で押し上げられない以上の高さには吸い上げられません、その高さが10メートルちょっとなのですが、
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  地球上では空気は気圧1ヘクトパスカルで


  1gのものを1cm動かすことが出来る。

  地表近くの気圧は一気圧、1013ヘクトパスカルなので、
  水を動かせる長さは10mまでに限られる。

と手元の本にありますが、コレではきっとnoname#92052さんには不足でしょうね。σ(^_^;
私は素人ですから・・・。要らない投稿、すいませんm(_ _)m
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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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「圧力」と言うものは、「力」を「面積」で割ったものだと言うのは、分りますよね。
この場合の「力」と言うのは、吸い上げた部分の「水の重さ」と考えて良いのでしょう。

例えば、ストローの断面積が1平方センチで、15センチの高さに吸い上げたとすれば、
その体積は15立方センチで、すなわち15cc、吸い上げたと言うことになります。

そこで、水の比重を1としますと、15ccの水の重さは15gと言うことになりまから、
圧力は、15gfを1平方センチで割れば、「15gf/cm^2」と答えが求まります。

しかし良く考えてみれば、「水の重さ」と言うのも、断面積に比例して増えるものですし、
圧力を求めるために、その面積でまた割るわけですから、結局、吸い上げた高さのみで、
決まってしまうわけです。

「 ■■ 単位の換算 圧力(応力)の換算 ■■ 」
http://homepage2.nifty.com/NG/unit/press.htm

ちなみに、上の換算表から、「水柱10m」は、「1kgf/cm^2」と分りますよね。
このように液体を吸い上げる場合、高さだけで圧力が決まるのが、良く分かると思います。
この考え方で、合っていれば良いのですが。。(確固たる自信なし、w)

「圧力」と言うものは、「力」を「面積」で割ったものだと言うのは、分りますよね。
この場合の「力」と言うのは、吸い上げた部分の「水の重さ」と考えて良いのでしょう。

例えば、ストローの断面積が1平方センチで、15センチの高さに吸い上げたとすれば、
その体積は15立方センチで、すなわち15cc、吸い上げたと言うことになります。

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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?
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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。

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限界があったと思いますが
何mまででしたでしょうか?

また、その理由は気圧?でしたでしょうか?
計算式をお教えください。

油田などは上記の限界を超えているように思いますが
下からの圧力がない場合はどうやって汲みあげているのでしょうか?

Aベストアンサー

こんばんは。

吸い上げられる高さについては、#1~#3の方々のご回答の通りですね~。

補足として

油田の場合・・・油田は基本的に吸い上げません。 #1の方の書かれている通り、岩盤の圧力で勝手に噴出します。 しばらく使っていると油井内の圧力が落ちて、勝手に上がってこなくなってしまうので、その場合は高圧のガスや水蒸気を油井内に吹き込んで圧力を上げて自噴させます。

深井戸の場合・・・普通は水中ポンプを使います。 井戸の底にポンプを突っ込んでしまうのです。 吸い上げるのは難しいですが、押し上げるのなら100mでも簡単なので。 要はポンプさえ水面近くにあればいいんですよね。


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