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

物理news覧 / PC版 /

みんなの評価 : △

前へ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 次へ

/ 要望・削除依頼は掲示板へ / 管理情報はtwitterで

451 :

入り口の水槽を密閉してみりゃいいじゃん。

452 :

>>445
ストローで水が吸えるのはどうして？

453 :

>>445
説明がどうこう以前に、
「重力だけ」あるいは「大気圧だけ」では、サイホンは動作しないのではないの？

無重力で「大気圧」ってのも変だから、この場合は無重力状態の加圧容器内でってことになるのかな。

454 :

無重力でも、液体の分子間力が強くて、流出方向に運動量を持ってたら
慣性で流れ落ちそうだけど。

455 :

科学大実験でやってほしいな

457 :

水蒸気を使ってドラム缶の中を「真空」にすると
ドカーンと大きな音を立てて、ドラム缶が崩壊する
　
ドラム缶の破壊のエネルギーは、空気

458 :

>>450
＞管の圧力損失を仮定しないと
そのへんはサイホンに限らず管に水を流すときは皆同じだから・・・

>>453
俺>>445ですが、だからそういってる。重力だけも×、大気圧だけも×。
たとえエネルギー的に重力でも、押し上げるメインが大気圧に見えても、結局両方とすべきだと。

459 = 453 :

>>454
それは「サイホン」ではないだろう。

460 :

大気のかわりにガソリンとかじゃ駄目なのかな

461 = 453 :

考えてみたらさあ、水が高いところから低いところへ流れるのは当たり前なんだよね。
いまさら説明不要。

ことさら「サイホンの原理」を取り上げる場合は
「なんで水が一度水面より高く上がるのか？」
に対する説明が求められている。

だからこれに対する説明が「大気圧による」ってだけでも、あながち間違いではない気がしてきたな。

463 :

>>456
それ管の面積が１ならいいけど、たとえば断面積がSだとすると
式のFのところは全部F/Sに置き換えないとだめだな。
最終的な結果は同じなるが。
あと逆U字管の曲がった部分はどう考えるか。
直線的な上昇部、下降部は定常流で加速度０だから
力のつり合いで考えればいいが、曲がった部分は等速でも
円運動だから向心加速度がある。

466 = 457 :

サイホンの原動力は、最初に上に持ち上げた水の位置エネルギーだ。
エネルギーを唯一持っているのは、上の水槽の水だけ。

467 :

>>466
エネルギーは仕事をする能力。
エネルギーを持つ物体をどういう経路でどうするかでエネルギーの出納は異なる。
その表現を持って上の水槽の水を特別扱いするのは変だよ。
上の水槽の水を下におろす過程で結果的にエネルギーがあったとみなされるものと
考えた方がいい。

468 :

位置エネルギー＋摩擦（熱）エネルギー＋分子間相互作用エネルギー

が保存されている。

液体の分子間力がなかったら、液体が上向きに流れることもない。

469 :

U字型のサイホンと逆U字型のサイホンをわけて考える必要があるよな
逆U字型サイホンは大気圧無くしては成り立たない

いやまて、毛細管現象があるからパイプを思いっきり細くしたら登っていくのか？

と、話をさらにややこしくする燃料投下テスト

471 :

>>470
> 考え中です…

意外と良い奴だったんだな。>>465では ρ→ρg と読み替えてくれ。
もう気づいていると思うが、サイホンでは必ず圧力差が生じ、この圧力差
を粘性抵抗で相殺するしかない。>>456は粘性抵抗を管全体で発生させている
のに対し、>>465では粘性抵抗の全てを小さなバルブに押し込んでいるという
違いしかない。当たり前だが抵抗で散逸するエネルギーは重力エネルギーに
等しい。それは以下の様にして分かる。
バルブの穴に小さなピストンを入れ、ΔVの水が流れたとする。
左の水はピストンに (P0-ρgHL)ΔV の仕事をし、右の水はピストンから
(P0-ρgHR)ΔVの仕事をされる。ピストンが定速で動く（運動エネルギーが
増えない）条件から、この差ρg(HR-HL)ΔV が粘性で散逸されている。

477 :

>>476
それでいいんじゃない？
力が別に加わらずに接している場所が、圧力異なることはないのだから、両者とも大気圧と等しい。

479 = 478 :

圧力差というか圧力勾配ね。

480 = 478 :

簡単な例を挙げれば、管の出口が水面の下までに延びており、
水面より下の出口に小さなバルブが付けられていた場合でも、
バルブでρg(HR-HL)の圧力差が生じる（バルブはどこに付けても同じ）。
この場合は、出口管の水面での圧力は P0 より高い。

481 = 478 :

>>476の管で一様に散逸するモデルでも同じだ。
水面より下に管が伸びていれば、もはや水面での圧力はP0ではない。
そんな些細なことにこだわるぐらいなら、水面が一定の速度で上昇下降する
ことにより、入口の大気の圧力は僅かながら下がり、出口の大気は僅かながら
上がるはずだということを考えてみたら？
その方が、よほど本質に迫れる。大気圧は１気圧で厳密に固定しておきながら
抵抗の些細な差だけに頭を使う理由がわかりません。

482 :

167 で言及されたあらきです。
数式を使う説明をあげてみました。ご参考になれば幸いです
http://d.hatena.ne.jp/arakik10/20100611/p1

484 = 478 :

>>482
だから、静水圧だけ計算したら、どこかにρg(HR-HL)の圧力差 (圧力不連続)
が生じると散々書いてるじゃん。その圧力差を粘性で解消するんだとも。
ナビエストークスを解かなくても分かるだろ。
圧力の不連続の解消には、管で一様に解消する方法も、一箇所にバルブを
入れて解消する方法もある。バルブを入れたモデルなら高校の物理で理解
できる範囲内だよ。それと
「大気圧を流れの動力源とするような説明は妥当ではない。」
と書いてあるが、そんな事を言っている奴は一人も居ないと思うが。

俺は上昇するときに水は大気からエネルギーを受け取り、下降するときに
同じエネルギーを大気に返していると言っている。
下降する水が大気を押し、その大気が上昇管の水を押し上げる格好になって
いるからだ（落下する水は直接上昇する水を引っ張り上げられない）。
左右の水槽に蓋をして、水槽の気体同士を管で繋いだと思えば分かるでしょ？
管が分断されていれば、エネルギーの循環はなくなり、もはや大気だけが
押しているとしか言い様がなくなる。

485 :

>>1を読み返してみたら、水の重力とは言ってないんだよな
もしかしたら、最初から空気の重力でサイホンは動くんだって言ってるだけだったりしてな

486 :

>>484の補足をする (IDは変わってると思う)

>>482の計算のように、静水圧と実際の圧力の差が動力源だとみなして
考察してみよう。この動力源は水の上昇に対し、どれだけの仕事をして
いるのだろうか？

静水圧と実際の圧力の差は、一箇所に入れたバルブで吸収する。
バルブの穴を小さくすればするほど、流速は小さくなり、
静水圧と実際の圧力の差 (ΔP) は小さくなる (バルブ近傍は除く)。
この圧力差が、水分子が入口から頂上に至るまでにした仕事は
ΔP*HL に比例する(エネルギーは力*距離)。だが、流速が遅くなると
ΔP→0 なので、仕事量も限りなく小さくなる。では、水分子が獲得した
m*g*HL (mは水分子の質量) はどこから来たのか？大気しかない
でしょ。実際、大気が押してるんだし。

重力差はサイホンが動くのには必要だ。だが、水が上昇する位置エネル
ギーの供給源は大気だ。重力差は拳銃のトリガーを引くが、弾の運動
エネルギーの供給源は火薬の化学反応、みたいなものだ。
大気がする仕事が水分子が獲得する位置エネルギーより小さいことが
サイホンの動作限界になっていることも、これを裏付ける。

>>482さん、詳細に計算してみてよ。

487 = 486 :

>>482
それと、静水圧と実際の圧力の差によってなされる仕事量は、
水の粘性によって散逸するジュール熱に等しい。
エネルギー保存則から明らかで、水の位置エネルギーを供給する
余裕はない。供給できるのは、落下する水の位置エネルギーだが、
前に書いたように、落下する水は出口の大気を押し、出口の大気が
入口の大気を押し、入口の大気が水を押し上げるという循環でしか
寄与できない。入口と出口の大気を完全に遮断しても、大気圧力差
が小さいうちはサイホンが動き続けることを考慮すると、水の位置エ
ネルギーの供給源は大気とするのが妥当。

488 :

粘性ゼロの流体だったらサイホンのてっぺんでバラバラになっちゃうね。
てっぺんでも液体が一定以上の運動量を持っていないと、管が曲がった部分の上部が液体で満たされない。

水でできることが他のすべての物質でできるとは限らないということ。

489 = 488 :

あと、ものすごく細いＵ字管を用意して、管壁の右半分を超親水性・左半分を超疎水性にしておけば、
重力差がない水面どうしでも水は流れるかも。

490 = 488 :

あ、左半分を全部疎水性にしたらキャピラリバリアで水がとまっちゃうかも。
左半分の管壁の片側だけ超疎水性にするとか。

491 :

大気圧が無関係ならどちらか一方のタンクに１００気圧ほどかけて見ればいい

492 :

俺的には議論の発端はここ>>409なんだよな。
引用され批判されてるのが俺。

「大気圧の仕事によって上昇する」の主張がいつのまにか
「大気圧の仕事によって位置エネルギーが供給される」
に変わってるのはずるいんじゃないの。
まあ言葉の綾って気もするけど。

493 = 492 :

しかしそう言いなおしても、やっぱりなんか釈然としないな。

495 = 488 :

なぜ水が上向きに上がるのか

・水に圧力がかかっているから
・水に粘性があるから
・水が気化する圧力より高い圧力が保たれているから
・管壁が親水的だから
・管壁が滑らかで流れを乱さないから
・∩字管の頂点を乗り越える初速が水に与えられているから

498 :

ロープの両端に重さの異なるおもりを付けて、滑車にぶら下げて動かしたら、
おもりの運動エネルギーはロープが供給したことになるんだろうか

499 :

滑車はもう終了いたしました

500 :

アホか　重力と吸引力だろｗｗｗ