水圧を消すマジック
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2013.07.06


  軟式テニスボールに 5m の紐をつけます。 1辺が 10m の立方体の水槽の底に、 テニスボールの付いた紐の片方を張り付け、 水槽に水を注いで一杯に満たします。 水を入れる前にテニスボールにかかっていた圧力は、 大気圧の 101325 で、 水を注いだ後の 気圧&水圧は 150360 です。 したがって、 テニスボールはかなり収縮します。

                   

  では、 これと同じ実験を底面が 20cm の正方形で高さが 10m の直方体の水槽で行ったらどうでしょうか。 結果は全く同じです。 というのも、 水圧は圧力をうける単位面積当たりの上部に乗っている水の質量に重力加速度をかけたものだからです。 ただし、 水圧は上から下に向かってだけ作用しているのではなく、 テニスボールの表面全体に面に垂直な方向にボールの外側から内側へ向かって作用しています。

  では、 この直方体の水槽を真っすぐに 100m 持ち上げて、 自由落下させるとテニスボールはどうなるでしょうか? 答えは「 水を入れる前の状態まで膨らむ 」です。 というのも、 自由落下中はテニスボールにはそれより上部の水の重量力は作用しませんので、 水圧がゼロになるからです。 この思考実験は、 京都教育大学沖花研究室の皆さんが開設されているサイト「 WEB技術を使った理科( 物理 )の教科書 http://natsci.kyokyo-u.ac.jp/~okihana/inada/top.html 」を参考にさせていただきました。 ここにはいろんなの実験のビデオがあり、 解りやすく理解することができます。

  では、 この水で満杯になっている直方体の水槽に蓋をして密閉した後、 ストローをお茶パックに差し込むように、 直径 5cm の土管を水深 5m まで差し込みます。 すると、 土管を通じて中の水が溢れ出てきますのでそれを自然排出し、 さらに土管の中にちょうど先端の位置まで吸引チューブを挿入し土管の中に溜まっている水を吸引してすべて取り除いてやります。 すると、 テニスボールはどうなるでしょうか? 答えは「 水を入れる前の状態まで膨らむ 」です。 というのも、 テニスボールよりも上部の水による圧力は大気圧に相殺されてテニスボールにはその重量力は作用しませんので、 テニスボールにかかる水圧がゼロになるからです。 この思考実験は「 案山子庵雑記 http://homepage3.nifty.com/kuebiko/index.htm 」というサイトを参考にさせていただきました。 ありがとうございました。