元スレ【物理】誤った「サイホン」の定義　世界の辞書に1世紀豪の物理学者が指摘

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401 :

気圧が影響するのであれば
真空でなくても、減圧された状況で実験すれば
結果に変化が起こるはずじゃね？

402 = 399 :

>>399-400
圧力と力を混同して書いてしまいました。
管の断面積が単位面積であるとして読んでください。

403 :

>「大気圧が水が押し上げている」というのは、管の上部まで
> 水が充填されている状態を動的な上昇と混同しているのである。

混同してないだろ。>>313の図を見てみろよ。大気圧が押し上げないで
何が押し上げるんだ？>>313では、大気のする仕事は正確に水の位置エ
ネルギーに等しい。左管の頂上ΔVの水が流れ出たとすると、その分の
水を補給する為にρxΔVxgxh の位置エネルギーの供給が必要だ。
>>313の極端な例では h=P(大気圧)/ρxg なので
ρxΔVxgxh ＝ PxΔV
となり、大気圧がした仕事に等しい。もっと高さが低い場合、右管から
の水圧が０でなくなる。この水圧に逆らうために大気の仕事の一部が割
かれるが、上昇エネルギーを大気が供給していることに変わりはない。

404 :

>>403
なんでそんなに複雑にして考えたがるのか。
大気圧に関して言えば出口側からと入口側から押し合って釣り合っている。
釣り合っている力は運動の原因にもエネルギーにもならない。

↑この図で、Fが両側の大気圧、fが両側の水柱の重量差と考えてほしい。
運動の原因となるのはfであって、左側のFでも右側のFでもない。

右へ動けば確かに左側のFは仕事をしていると言えるが
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
右への運動の原因はfだ。
^^^^^^^^^^^^^^^^^

そして右側のFも左側のFと同じ大きさだけ負の仕事をするのでトータルで０になる。
エネルギーの増分となる仕事をしているのはfだけだ。

運動的にもエネルギー的にもfしか意味をもたない。

405 :

>>404

>>403もおかしいと思うが、>>404も少しだけおかしい。
そもそも、1つの物体として水を捉えるなら（大気圧があるならそう見なせる）、
どっちに動こうがどちらからの力も仕事をしている。
>>404図で言えば右のF、左のF、ｆ、全て仕事はしているよ。正の場合も負の場合もあるが。
だから、右に動けば、左側のFだけでなく、右側のFも仕事をしているし、
ｆも普通に仕事をしている。相殺とか原因とか考える必要もなかろう。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

＋Fと-Fが相殺されていて、実質 f だけが残り、仕事が f*S (S=移動量)なのは
>>404の言うとおり。

406 :

>>404
> なんでそんなに複雑にして考えたがるのか。

その説明では多くの人が勘違いするから。
勘違いする奴が多い説明は「説明」とは言わない。
見えない図を示して、この図を見ろ！とかアホ抜かすのと同じ。
人に説明することの基本が分かってない奴の態度。

407 = 406 :

>>405
おいおい、おかしいというなら理由を示せよ。

408 :

>>404
絵のリンクが切れてました。

簡潔に言うと、
両側水柱の重量差によって水の上昇と下降が同時に起こり、
その結果として両側の大気圧で正負の仕事が同時に生じる。

上昇側の大気圧の正の仕事によって上昇するわけでも
下降側の大気圧の負の仕事によって下降するわけでもない。

409 = 406 :

>>408
> 両側水柱の重量差によって水の上昇と下降が同時に起こり、
> その結果として両側の大気圧で正負の仕事が同時に生じる。

ここまでは正しい。

> 上昇側の大気圧の正の仕事によって上昇するわけでも
> 下降側の大気圧の負の仕事によって下降するわけでもない。

これは明らかに間違い。上昇側の大気圧の正の仕事（の一部）によって
上昇し、同じだけの仕事を、下降側の大気圧に負の仕事をすることで返す、
が正しい。

410 = 405 :

>>407
>>403はサイホンとしては特殊型だと思うよ。トリチェリ真空が上に出来てるサイホンなんて普通じゃないでしょ。
そういうのを前提にすれば、>>404のいう水を１つの物体のように扱う手法が採れないので、たしかに大気圧だけが
仕事云々といかなきゃいけないが、普通のサイホンはこうじゃない。向こうの大気圧と向こうの水にかかる重力
（による圧力）も上流の水にしっかりかかっている。
それを無視できる特殊型サイホンを持ち出すからややこしくなると思う。

411 :

>>404
全くそのとおりなんだけど、
あとは、「サイホンは～の力による」という言葉を
「運動の原因の力」ととらえるか、
「運動に関与する力」ととらえるかの問題でしょ。

運動方程式書けば、大気圧は関与しているが、運動の原因は重力であることがわかるでしょうね。

412 = 406 :

>>410
たしかに特殊だが、一般の場合も程度が異なるだけで同じだと書いた筈だが？
>>403は、大気のする仕事の「全部」が上昇に費やされるが、一般的には
大気のする仕事の「一部」が上昇に費やされる。

特殊だと蔑むのは構わないが、その特殊な例を説明できない説明は
説明と言えるのか？、という事がずっと議論になっている。
逆Ｕ字の高さが高くてサイホンが動かない場合だ。逆Ｕ字の動かない
サイホンの上部にはトリチェリ真空ができる。このスレの流れからは
特殊でも何でもない。

413 = 406 :

>>411
それは水が一体となっている上で運動方程式を立てるからだ。
上昇部の水に対し、上昇方向への力は大気圧しかない。
中学レベルの物理ならそれで構わないだろうが。

414 = 405 :

>>412
「おかしい」と言う言葉を蔑むととらないで欲しいな。
おかしいのは議論内容についてであって、あなたという人格への攻撃ではない。

＞その特殊な例を説明できない説明は説明と言えるのか
裏を返せば、その特殊な例は他の大気圧＞＞水圧である通常の？サイホンを説明できるのかということにもなるよ。
特殊例を説明できないことをあげて、一般的なサイホンに対する説明を否定するのはどうかと思う。
どうしても必要なら場合分けして説明すべき。

415 = 408 :

>>413
その上昇方向の大気圧は出口側の大気圧で完全に相殺されてるけど
それはどう考えるんだ？上昇できないだろうが。充填状態は保てるが。
水が一体になってる状態で考えるからって水は一体になってるだろ普通。

416 :

つまりあれだな、でんじろう先生を月面に送って実験してもらうしかないな
日本の宇宙開発の大儀ができたな！

417 :

無重力の宇宙ステーションの中で水は球になる。
決して、バラバラの水滴や霧になったりしない。
　
サイホンを水が流れるとき、相互に引っ張る力が水分子の間に働いている
その力は小さくない。
　
大気圧はサイホンを初期状態に持っていくための条件の一つに過ぎない
(大気圧は、最初にサイホンを「口で吸う」ためにだけ働いている)
一度、サイホンができてしまえば、流れる力は水分子が
押したり引いたりする力だけだ。
　
そして上りの管の中で、下の方にある水分子が、上のほうにある水分子を
押せるかどうか考えてみればわかるが、
「押す力」などない

418 = 417 :

サイホンの上りの管の中では
上の方にいる水分子が、下の水分子を引っ張り上げているだけだ

420 :

>>419
地上環境ってサイホンの原理を論じるうえで必須条件？

421 = 406 :

>>415
水は一体である必要はない。逆Ｕ字の左右の長さの差が10cmあり、
逆Ｕ字の頂上に長さ1cmの気泡が入ってるとする。これから始めても、
何事もなかったようにサイホンは動き出す。ところどころに気泡を
入れても、気泡の長さ全体が10cm以下ならサイホンは動く。

さて、水は分断されているので、各水に対する重力を考える必要があるな。
上昇側の水の上昇を、どうやって重力「だけ」で説明するのかな？

このとき、気泡の振る舞いも面白いぞ。気泡は上昇するときに断熱膨張して
温度が下がり（水圧が下がるから）、下降するときに断熱圧縮されて最後に
は温度が戻る。まぁ、ここまで考えろとは言わんが、>>417-418のように
勘違いする奴を量産してしまう重力「だけ」の劣悪な説明は、到底容認できない。

422 = 417 :

怪しげな図とか、脳内の妄想実験では真実には到達できそうにないので
誰か、数式で表しておくれよおおお
管の太さ・サイホンの高さ・サイホン入り口の水深・サイホンの落差・水の密度・重力加速度・大気圧
から
水の流速
を求める式を

423 = 417 :

おそらの素朴な予感では、水の流速に
途中経路は関係ないぜ。
　
ホースの途中を持ち上げようが、下げようが
流れる水量は入り口と出口の差(=重力)だけだと予想

424 = 406 :

>>423
はずれ。途中を絞れば、いくらでも流速を遅く出来る。

425 = 406 :

>>414
大気圧を正しく理解していれば場合わけなど必要ない。
重力「だけ」で説明しようとするから、おかしなことになる。
まだ上昇エネルギーは大気が供給している。これも紛れもない事実。

426 = 408 :

>>421
水が一体である時の説明は？

427 = 405 :

>>420
厳密な話をしたければね。
過去にあったように、小さな真空チェンバーに入る程度の小さい装置＋水流ポンプ程度の真空だと
予想された動作しなかったりするようだし、水蒸気圧だの水の粘性だのを気にせず、要するに
俺たちが水槽の水を排出しているサイホンはなぜ動くんだ、メインはなんだ？を考えるときは
同じスケールのサイホンを考える必要がある。
さもないとこんなサイホン、あんなサイホンと際限なく他の要素を考慮しなきゃならなくなる。
大気圧や重力などメインの要素を認識するために極端な装置を仮定するならいいけど、
基本は日常スケールの装置なんだと思うよ。

428 = 405 :

>>422
せめて管の形、
できれば管内壁の性状、管の入口出口の容器性状（管の出入り口の流れや乱流に関与）
とかまで必要だろうし、そこまでそろえても計算は簡単じゃないだろうね。

電流を推定するなら電圧だけじゃなく抵抗値も必要。水流もそれと同じ。

429 = 405 :

>>425
＞重力「だけ」で説明しようとするから、おかしなことになる。
これは俺の主張じゃない。

＞まだ上昇エネルギーは大気が供給している。これも紛れもない事実。
これは反対。仕事ってのは移動の方向にかかる力だけがなすものではないから。
それが成立するのは、上昇路が大気圧相当に等しく、向こうからの圧力がゼロであるサイホンだけ。

430 = 420 :

>>427
俺が聞きたいのは、それでこのスレの問題は解決するのか？ってことなんだけども

431 = 406 :

>>426
気泡の長さを０にしたときを考えれば問題ない。

上昇管の中の水（の各要素）に掛かる力は、
(1) 重力（下向き）
(2) 下からの水圧 P1
(3) 上からの水圧 P2
だ。(2) >> (3) なのは重力があるからだが、水は管を上昇し位置エネルギー
が上がる。この位置エネルギーの供給元は上向きの力を発生させるもの、
すなわち(2)しか有り得ない。(2) の根源は大気圧。上昇管側の大気圧が、
この水の要素にした仕事は
∫(P1-P2) dh = mgh だ。
高さが低い場合、mghは上昇管側の大気圧がした全仕事 PΔV より小さい。
それは (3) の水圧に逆らって仕事をした分。(3) の根源は、
下降側の大気圧（－下降側の水に掛かる重力）。
よって、下降側の大気に対して仕事をしている。

また一旦上昇した水は、下降するときに位置エネルギーを大気に対して
仕事をする（大気から貰った位置エネルギーを大気へ返す）。水は上昇
と下降をして大気からのエネルギー収支がゼロになるのであって、
水が上昇したときの位置エネルギーの根源は大気しか有り得ない。

432 = 406 :

>>429
エネルギーを供給できるのは、移動方向にかかる力だけです。

433 = 405 :

>>432
下流側重力はどう考えるの？
切れてないサイホンで。

434 = 406 :

>>433
俺の説明はこうだ。

水の上昇エネルギーはどこから来たかという質問か？それは良い質問だ。
上昇管の中の水が上昇すると同時に、下降管の中の水は下降している。
だから下降管の水の位置エネルギーが上昇管の水の位置エネルギーに転化
していると考えることもできなくはない。じゃが、そう考えると誤解を生
むのじゃ。水の張力はえらく弱いでの、下降管の水は上昇管の水を直接
引っ張り上げることができない。だから大気に押して貰うのじゃ。大気が
水を押し上げることで水の位置エネルギーが生まれ、水は下降するときに
位置エネルギーを大気に返すのじゃ。返すエネルギーの方が少し多いがの
（左右の管の高さの差分）。
その証拠に、水槽を蓋で覆って見ると良い。水が出て行く方の水面は下がる
ので水槽の圧力は徐々に下がり、反対の水槽の圧力は上がるじゃろ。圧力
が高い方が内部に蓄えているエネルギーは多いのじゃ。つまりな、水槽から
水槽へと気体のエネルギーが移動しているのが分かるじゃろ。まあ、水槽に
蓋をすると、やがてサイホンは圧力差で止まってしまうがの。
ん？水槽に蓋はないし大気はつながってるか？まあそうじゃの。
上がる水面が下がる水面を即座に押していて、大気と水とのエネルギー収支
をゼロと考えれば、水の下降エネルギーが水の上昇エネルギーに転化してい
ると言えなくもないのじゃが、途中に大気が入っていてエネルギーは大気を
経由していることは間違いないのじゃ。

437 = 408 :

>>436
いや…？？？

＞∫P1dh が大気圧が「この水の要素」に対してした仕事。

P1＝大気圧じゃないだろ？
P1のした仕事＝位置エネルギーじゃないだろ？

438 = 406 :

>>437
> P1＝大気圧じゃないだろ？

当たり前だ。大気は、それより下の要素の水に対しても仕事をする。
下の要素がした仕事だ。更にそれより下の要素…といくと最終的に
大気圧に行き着く。だから「根源は」と書いている。
ｸﾚｸﾚばかりしてないで、よく読め。

439 :

気圧（もしくはサイホンの外側で液面を押す力）がないと動作しない
ってのは納得できたが、やっぱりそれは動作原理ではないと思うんだよなあ

下手な例えだと触媒は成分表には含まれませんっていうか

440 = 408 :

>>438
？？？いやいや、根源はそうだろうさｗｗｗ

大気圧のした仕事は差分をとった時に消えちゃうのに
どうやったら位置エネルギーになるのさ？

441 = 406 :

>>440
だが移動している。いい加減に>>434を読めよ。
本当に屑だな。

442 :

お前等、他人をどうこう言う前に
自分で１個でも何か残してみろｗ
オレは残したぞ！
子供をｗｗｗ

ってか、サイポンの定義なんぞで
偉そうに語ってる時点で
お前らはそこまでなのｗ
所詮人間ごときに理解できるのはその辺までさｗ
いちいち熱くなるなってｗ
ドングリはドングリｗ

443 = 408 :

>>441
全体を見ても部分要素をみても大気圧は両側から釣り合っている。
移動の原因にはならないし、仕事の差分にも残らない。

444 = 406 :

>>433
誰が移動の原因を説明しれるんだ？都合が悪くなって話を逸らすのか？
水の上昇エネルギーがどこから来ているか、ではないのか？

では、あなたの説明を聞こうか。俺は>>434で説明した。重力「だけ」で説明
するのは劣悪な説明だというのは >>417-418の登場で証明された。

445 = 405 :

>>444
かかっている力が複数あるのでは、どれが仕事をしている力かなんて言えないというのが自分の立場。
重力だけというのは俺の意見ではない。あくまで上流大気圧と下流水圧（重力）が正の、下流大気圧と上流水圧（重力）が
負の仕事をしているとしか言いようがない。水はつながっているから下流の力もちゃんと圧力を介して上流の水に伝わっている。
（トリチェリ真空作りながらぎりぎり流れる特殊サイホンを除く）

当然大気圧も重力も仕事をしている。重力だけで説明するのは俺は反対。
だが、上流だけ限定でも、大気圧だけで説明するのにも反対。

446 :

お前らより何百倍も頭の良い科学者が
こうだって言ってるんだからそうなんだろ
無い頭で疑うなよ、ジャップのくせに（ｗ

447 = 405 :

お前らより何百倍も頭の良い政治家が
こうだって言ってるんだからそうなんだろ
無い頭で疑うなよ、愚民のくせに（ｗ

あ、今の政権については当てはまらないな。誰も何百倍も頭がいいとは思ってないから・・・

448 :

>>422
文章だけだと誤解を招きやすいから、
本当は図も数式もふんだんに使って議論したいけど、
一番楽な手書きをスキャナーしてうｐでも面倒くさい。

449 :

話を元に戻すと、サイホンは真空中では動作しない（これに異論は無いだろう）。
よって”サイホンは大気圧と重力により動作する。”
これじゃいかんか？

>>435は正しいがこれは水が高いところから低いところへ流れると言うことを
言っているだけでサイホンのミソである一旦高いところを経由する部分を
説明していない。

450 :

>>449
＞”サイホンは大気圧と重力により動作する。”
これが正解じゃないの？

なんでこんなに議論になってるのかよくわからん。
さらっと読んだけど、管の圧力損失を仮定しないと、定常状態の方程式は立てられないでしょ？
その辺はいいの？