ここから本文です

コップに水をいれて紙もしかずに逆さにすれば当然水は下に落ちますよね? 水面の...

spa********さん

2013/5/1722:51:23

コップに水をいれて紙もしかずに逆さにすれば当然水は下に落ちますよね?
水面の下からには大気圧がかかっています。あとは水自身の重量があります。あと一つ下からの水面にかかっている大気圧と大きさが同じで

逆向きの力が働いていると思うのですが、これはコップの上にかかった大気圧はコップの紙に仕切られていると思うのですが、大気圧がコップを貫いてでもいるんでしょうか?
コップの水がいっぱいだった場合にも水は下に落ちるので、コップ内部に存在する空気の圧力も関係ないですよね?

すいませんなんかわからなくなってしまって。。。

この質問は、tyk********さんに回答をリクエストしました。

閲覧数:
6,560
回答数:
3

違反報告

ベストアンサーに選ばれた回答

tri********さん

2013/5/1819:19:18

逆さにしたコップの水が、液面を平らに保ったまま全体に真下に落ちることはできません。真下に落ちる為にはコップの底に真空を作らなくてはならないからです。ですが、一旦液面が傾けば、低い方は下がり、高い方は上がって全部の水が簡単に落ちます。この落ち方なら真空を作る必要が無いからです。
コップに紙で蓋をしてから逆さにすると、紙によって液面が平に保たれ、後者の落ち方が許されなくなるから、水は落ちません。液面を平らで非常に静かな状態に保ったまま紙を消滅させる何かの方法があれば、紙が無くても水は落ちない、という手品ができるはずです。

コップの水には重力が掛かっています。液面の圧力は大気圧(101.3kPa)で、コップの底と液面は、水に働く重力の分だけ圧力差があります。コップの深さが5cmなら、圧力差は、水の密度×重力加速度×高さ=1000kg/m3×10m/s^2×0.05m=500Paです。
コップが普通に置いてあれば底の圧力は101,300Pa+500Pa=101,800Paで、コップの底の面積を10cm^2とすれば水は101,800×10/10000=101.8Nで底を押し、同じ力で底から押し返されます。
コップを逆さにした場合なら底の圧力は100,800Paで、水は100,800×10/10000=100.8Nで底を押し、同じ力で底から押し返されています。逆さにしたコップが液面を厳密に平らに保ったまま真下に落ちる為には、底の圧力がゼロにならなくてはなりませんから、コップの深さが10.13m必要です。この深さを超えれば底に真空ができて水は落ちます。この10mという数字は、汲み上げ式井戸の真空ポンプが汲み上げることができる最大深さです。

==============
説明図を作ったので回答を書き直しました。
図のマス目は微小体積だと思って下さい。赤の数値が圧力です。圧力には向きが無いので一つのマス目の矢印の本数は全方向に等方的です。水圧は水面で大気圧と等しく、上へ行くに従って水圧が下がります。水圧は下向きの圧力勾配を持ち、微小体積の上下圧力差が微小体積に働く浮力になります。この浮力は微少体積の水に働く重力と釣り合っています。コップの壁は硬いので、コップが水を押す力は(周囲の空気がコップを押す力とは無関係に)水がコップを押す力によって決定されます。左の図1のように液面が平坦なら各部の力は釣り合い、水が落ちることはありません。右の図2のように液面に凹凸があると、他より低い部分に働く重力と釣り合う浮力が働かないので低い部分は下に向かって加速します。

作図の都合上スケールが随分違ってしまっていますが、図の数値「4」は大気圧ですから上の説明の101,300Pa、数値「1」は上の説明の100,800Paに当たります。コップの外は大気圧ですからコップの底近くの壁には内部応力が働いて、コップの壁の硬さが内部応力に耐えています。

よろしければこちらも参考にしてください。
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1410539639...

逆さにしたコップの水が、液面を平らに保ったまま全体に真下に落ちることはできません。真下に落ちる為にはコップの底に真...

この回答は投票によってベストアンサーに選ばれました!

ベストアンサー以外の回答

1〜2件/2件中

並び替え:回答日時の
新しい順
|古い順

tyk********さん

リクエストマッチ

2013/5/1723:52:30

>水面の下からには大気圧がかかっています。
水のような柔らかいものにかかった圧力はまっすぐ伝わりません。

注射器を考えてみましょう。
普通の注射器は、柄の部分を押し込む方向に
まっすぐ穴が開いていますが、
その穴が注射器の横に空いてたらどうなりますか?
液体が横から吹き出して来そうだな、って想像できますよね。
柄を押している方向とは関係ない、
穴の空いた方向に向かって液が吹き出します。

実は、液体にかかった圧力は、
液体の中の「全方向に」同じだけ伝わることが知られています。
パスカルの法則と言います。
注射器の場合は、柄を押し込んで圧力をかけた場合に、
「穴のあいた方向」=「圧力が逃げ出せる方向」
に向かって液が吹き出します。

コップの水面に大気圧がかかった場合は
コップの内側の水が触れている全部の面と、
「水の中から水面に対しての方向」に同じ力が働きます。
この力が、
水面で大気圧と「引き分け」の状態を作り出します。

大気圧の関係は引き分けになるので、
コップの口が上に向いていれば
水は重力でコップの中に残ります。
コップの口が下に向いていれば
水は重力でこぼれ落ちます。

hir********さん

2013/5/1722:59:58

落ちるのは地球が持つ引力のせいですよw
詳しく言えば重いほうは水で軽いほうは空気ですよね?
ならコップの下の空気は上にある重い水と入れ替わり水が落ちるわけです。
油と水も同じ原理で分離しますよね。

この質問につけられたタグ

みんなで作る知恵袋 悩みや疑問、なんでも気軽にきいちゃおう!

Q&Aをキーワードで検索:

Yahoo! JAPANは、回答に記載された内容の信ぴょう性、正確性を保証しておりません。
お客様自身の責任と判断で、ご利用ください。
本文はここまでです このページの先頭へ

「追加する」ボタンを押してください。

閉じる

※知恵コレクションに追加された質問は選択されたID/ニックネームのMy知恵袋で確認できます。

不適切な投稿でないことを報告しました。

閉じる