水圧で死ぬか？死なないか？

質問

友達と圧力に関することで意見が食い違っています。
どちらが正しいのか判定下さい。

人が入れる水槽があります。
大きさは大人一人が入れるギリギリの大きさとします。

水槽の天井には細長いパイプが取り付けられていて、
そのパイプにも水が入っています。

・パイプはものすごく長い（海に潜れば即死できる深さ以上）
・直径はものすごく小さいので、入ってる水の総量は少ない（1リットルとか、人間に影響を与えるとは思えないほど少量）

このとき人が水槽の中に入ったら水圧でどうなるのでしょうか？

(1)水圧は水の深さにのみ影響する。死ぬ。

(2)パイプ表面積が限りなく小さいため、受ける力は無視できる。生きる。

(3)どっちも違う。

（もちろん呼吸は問題ないものとします）

できるだけたくさんの回答が欲しいです。
すでにコメントしている方と同意見だとしても、回答お願いいたします。

回答No.4

mmmma · ベストアンサー

死にますね。

例えばパイプの断面積を１平方センチメートルとします。
人が入っている下の箱には水が満たされ、パイプの中にはちょうど１ｋｇ分の水が入っています。
水は流れませんから、パイプと箱の境界のところでは、パイプの中を落ちようとする力と、下から支える力がつりあっています。
つまりパイプと箱の境界のところに１ｋｇの重りが載っているのと同じです。
断面積１平方センチメートルのところに１ｋｇの重りですから、1kg/平方センチの圧力がかかっていることになります。

では断面積が０．１平方センチならどうでしょう…
０．１平方センチのところに１ｋｇの重りを載せて釣り合うのですから、10kg/平方センチの圧力になります。

では０．０１平方センチなら…
圧力は100kg/平方センチになります。気圧で言うと約100気圧。
水深１０００ｍまで潜ったことになります。

箱の中では圧力が均一にかかるので、境界面と同じ圧力、100気圧がかかります。
もう無理ですね。

お礼

回答ありがとうございます。

色々調べてるうちに私も死ぬのかな？って思うようになりました。
（調べても分からないから質問したんですが。。。）

回答No.12

isa-98

パイプが２００ｍなら２０気圧です。
しかし、シリンダーへは重さが伝わるんですよ。つ＾Λ＾）つ

つまり、
１０キロのオモリだと１０キロ分の水がパイプの上へ行きます。
２０キロのオモリだと２０キロ分の水がパイプの上へ行きます。

そして釣り合うんです。
http://www.geocities.jp/land_text/nozu331.bmp

きっとそーですよね！！
専門家さん！！　つ＾＿＾）つ

お礼

回答ありがとうございます。

図説はやっぱり分かりやすいですね。

回答No.11

kenzou03

何となく状況が判りました。パイプ断面積が大きいときはそのまま、水の高さに見合った圧力を受けます。パイプ断面積をだんだんと小さくなるとある時点で、エアロックを起こします。いわゆるストローに水を張って親指で押さえると、重力に逆らって水が落ちなくなる現象です。
つまり、パイプ断面積により異なり、通常は(1)、小さくなると(2)となるのではないでしょうか。

自分は機械系プラントエンジニアなので、仕事柄以下の経験をすることがあります。
（１）の例　
　鋼製タンクの製作後、水張り検査を実施するときに、天板ノズルにパイプを１ｍ程延長して、パイプの上まで水を張ることがあります。そのときに、下部の圧力は水の高さに相当する圧力となります。
（２）の例
　密閉したドラム缶（ドラム缶には通常液の補給口とエア抜きがついているが、エア抜きキャップを閉めた状態）に先端に漏斗がついた専用ノズルを取り付け、オイルを補給してもドラム缶内にオイルは滴下しない。内径が大きくなると、エア抜きキャップを閉めたままでも、オイルは滴下するようになる。

以上感覚的に理解出来たでしょうか。

お礼

回答ありがとうございます。

子供のころ何気に遊んでいたストローでの水遊び、それがエアロックというカッコいい名前がついていたとは。

今回はパイプが細すぎる場合のみに起こる現象を排除して考えていましたので、死ぬってことですね。

回答No.10

littlekiss

こんばんは、siyosanさん。

ちょこっと、いいですか？

いやー、ここのところ霊？だの、“れいばい”だのと職場でこのことばが話の合間にあがってて、、、ツボにはまっているせいでしょうか、ここの質問をよみつつ“あっ？！でた！”と、ＰＣの画面をみつつツボにはまりトンチンカンなことを書きたくなりました。

部屋の一角（コピー機のすぐそば）に何人かあつまり難しい顔をして話し込んでいました。で、ちょうどそのときパソで打ち出した報告書がコピー機からガチャン、カタン、ピーと。報告書をとりにコピー機にちかづくと“れいばいが”“れいばいが”とやけにこのことばが飛び交っていました。大の大人が何人かあつまり難しい顔をして話し込んでいる話がどんな話なのか知りませんが、難しい顔と大の大人と大の大人が発する“れいばい”このことばとがなぜか奇妙に思え、通りすがりに「“れいばい”がどうしたんですか？」とききました。「れいばいをでんようにする話や」ここでもまた“れいばい”と…ポルターガイストでもいるのか？と大の大人が何人かあつまり真顔で幽霊談義をしている？？？！のか？？？と思うと…Uuu…Uuu…Uuu笑いがどこからか込み上げてきました。

で、あとでよくよく話をきけばクーラーの話だったんですけどね(^_-)-☆

【流量制水弁】
http://www.apiste.co.jp/enc/enc-w/
【エアコンの冷媒とその環境影響】
http://www.daikin.co.jp/csr/information/influence/index.html

お礼

回答ありがとうござい・・・って、えっ？

あまりにも関係ない話でビックリしました。
でも、いきなり関係ない話するの嫌いじゃないですｗ

回答No.9

isa-98

＞1リットルとか、人間に影響を与えるとは思えないほど少量

潜水して風呂の上にフタして上にチワワ乗っけたら、
さーどーなる！？　（＾○＾）

これが力士でも平気かも？？？＾＾；

お礼

回答ありがとうございます。

えっと、どうなるんでしょ。
力士が乗っても死なないんじゃないかなぁ。どうだろ？

回答No.8

phobos

とても面白いご質問ですね。いろいろ考えさせられました。

(3)ではないでしょうか。

ご質問の主旨は添付の左図のような状況だと思いますが、これは右図と等しいのではないか？と私には思えます。

つまり、水槽上部に立てた細水管の径とは関係なく、水槽底面積をＳ[m^2]としたとき、水槽内部での圧力増加分は１／Ｓ[kgf/m^2](=9.8[Pa])にすぎないのではないかと思うのですが、いかがでしょう。

１cm^2あたりわずか0.1gr重の増加と言うことになりますので、多分、中の人には殆ど影響が無いのではないかと思います。

間違っていたら、ごめんなさいです。

お礼

回答ありがとうございます。

図が完璧すぎます。
左の図、まさしくそれです!!

また右の図は私が考えていたことと全く一緒でした。

(2)の受ける力は無視できる。
というのは力が全く働かないということではなく、人間にとってほとんど影響がないレベルで考えていました。

回答No.7

noname#175206

えーと、物理学の吉例に尊び、単純化します。

・水は粘性がないとする（完全非圧縮性流体）。
・水槽の高さは無視できる程度とする。
・人が生きるか死ぬかはどーでもよく、要は水槽の中の圧力を知りたい。

　思考実験として、最初からついている細長いパイプAの他に、もう一本同じようだが長さが少し短いパイプBを同様に取り付けたとします。Bの太さがAより太くても、水がBからあふれてくることは明白です。あふれ出し方は、AとBの高低差により決まることは明白です。
　であるならば、パイプAの水の高さh分の圧力が水槽にかかっていることは、明白です。つまり、パイプAの太さに関わらず、水槽には水深hと同じだけの圧力がかかります。

お礼

回答ありがとうございます。

太さの異なるパイプ２つの説明はとても分かりやすかったです。
細くても水槽に強い圧力がかかるんですね。

回答No.6

noname#102212

いまいち状況が把握できませんが、

密閉された箱の上部に細くてものすごく長いパイプがついていて、
中が水で満たされている、、

ということで良いんですよね?
この状態で人が入っていたら死にます、、という答えが欲しいのかな?

パイプの太さがそれなりに太ければ、水柱の下端にかかる水圧が
「海に潜れば即死できる深さ以上」並みの水圧になり、
そのまま中の人にも同じ圧力がかかるので、当然死にます。(パスカルの原理)

======これが2番目の条件?=====
ただ、パイプが十分細ければ毛細管現象が働いて水圧はかからないですね。
その場合、圧死はしないと思います。
======================

また、高圧にさらされる時間がすごく短ければ、相当の水圧に耐えられると思います。
鼓膜や肺が破れて無事ではすまないと思うけど。まあ、圧力次第ですが。

高圧にさらされる時間が長ければ、圧死はともかく、溺れます。
仮に呼吸ができたとしても、いずれ飢えて死にます。

大人一人がギリギリ入れる大きさというのが、身体を折り曲げて相当窮屈な状態であるなら、
呼吸ができずに死ぬと思います。
水圧関係なし。

身体が伸ばせる程度の大きさだとしても、いずれ閉所恐怖症を起こし、
パニックに陥って死にます。

回答者が補助的な条件を勝手に推測してしまうので、
各人各様な答えが返ってくるでしょうね。
条件をもっと厳密に定める必要があります。

お礼

回答ありがとうございます。

おっしゃる通り、確かに条件が不足していました。
今回は圧死のみで考えています。それ以外では死なない超人的な人（すでに人ではないか）を用意しました。
また一瞬だけというわけじゃなく十分な時間（１時間とか）を考えています。

また、毛細管現象は考慮していません。

回答No.5

noname#99860

細長いパイプの容積が１リットル=1,000,000 mm^3 (立法ミリメートル)
なら、例えば
断面積 1 mm^2 (1平方ミリメートル)だと 高さ1km (1,000,000 mm) です。

この時、パイプ下端にかかる圧力は... 1 mm^2 あたり 大体 1kg なので
1 kg/(mm^2) です。一見大した事ないように見えますが、
大気圧(大体 1kg / cm^2 ) の 100倍 です。
(毛細管現象は考慮してません)

なんですが

この圧力が作用し、肺(空気が入っている)が 0.5 リットル凹まされると
パイプ内の水量が半分になり、圧力が一気に半分になります。
計算上、1リットル凹んだらパイプ内の水による圧力はゼロになってしまい、
作用しなくなってしまいます。

つまり

静止させてるとスゴイ圧力なんですが、
作用させるととたんに圧力が下がってしまいます。
多分死なないでしょう。

冬場の静電気放電は空中放電起こすほど電圧は高いんですが
放電させてみると電線を溶かすなどのパワーなんてない。

作用させてもパイプ内の水面があまり下がらないなら、
つまりパイプが太くて水量が多いなら
100気圧からあまり下がらず、死ぬかも知れません。

ちなみに、素もぐりの世界記録は 60m ほど(60気圧)だそうです。

お礼

回答ありがとうございます。

なるほど。
圧力により肺（etc.）が凹めば確かに水が水槽内に全部入って圧力関係なくなってしまいますね。
そこまで考慮してませんでした。

回答No.3

mintarou1

水力学的には、閉じた水槽の上にパイプが付いている場合、その高さに圧力に相当する力が水槽にかかります。
逆に見れば、それ程深い所にいる事と同じことになります。

ただ、上に付いているパイプが毛細現象を起すぐらい細い場合は、水圧の換算として使えません。

答えは、パイプの細さによって違うということです。

お礼

回答ありがとうございます。

条件が不足してました。
毛細管現象というのを知らなかったので。。。

とりあえず今回は毛細管現象は抜きで考えています。
毛細管現象を抜きで考えた場合、mintarou1様の意見は死ぬってことですよね。

回答No.2

tokyomac

想像ですけど、死なないと思う。
理由は、入っている水の量が1リットルとすると水槽への圧力は1キログラムではないかと思うから。パイプが細くても太くても水は1キログラムは1キログラムだと思う。
パイプの長さが仮に深海に相当する数千メートルとすると、そのパイプの中の水（水面）にどれだけの圧力がかかるのか？地上なら1気圧だけど数千メートル上空ならほとんど圧力がかからないのでは？
ということで、やはり水槽にかかる圧力はパイプ内の水の分の1キログラムだけでは？

しかし、更に考えると、それだけ細くて長いパイプだと毛細管現象が起こって違う結果になるかも。

お礼

回答ありがとうございます。

毛細管現象は知らなかったのでwikipediaで確認しました。
取りあえず、今回は毛細管現象は考慮せずに考えています。