真空力とは？

質問

真空力について、わかりやすくご説明下さい。
宜しくお願い致します。

回答No.4

stomachman · ベストアンサー

スプレーの話でしたか。
スプレーガン：３種類ありますね。缶の中に圧縮ガスが入っている押し出し式と、やはり缶の中に手動で圧力を掛ける押し出し式。そして、もうひとつはゴムの球を押して使う香水の瓶のような、空気の流れで吸い上げる吸い上げ式。（大昔の口で吹く霧吹きもそうでした。）

　押し出しはまあ、当たり前ですから、ここでは吸い上げ式の話にしましょう。まあ大変。これは大気圧だけの問題ではないのです。
　適当な紙切れを２枚、互いに平行になるようにぶら下げて、隙間を5cmほどあけます。その間に静かに息を吹き込むと、あらふしぎ、２枚の紙がくっつきます。息を入れたんだから膨らみそうなものなのに、どうしてくっつくのか。

　空気の流れが速くなると、流れの方向に直角な方向に対する圧力が下がる、という性質があるんです。（理由を易しくきちんと説明するのは大変だあ。専門家の先生に振ってしまいましょう）

　今度はストローを１本用意します。細い目のものがやりやすい。ストローをハサミで半分に切ります。コップに水を入れ、そこに鉛直に１本ストローを挿して（これをストローAとする。）、ストローの上端から水面までが1-2センチ程度になるようにし、動かないようにしっかり抑えます。次に、切った残りのストロー（Bとする）を口にくわえて、ストローAの先端を横から強く吹きます。
　すると、ストローAの中に、コップの水が吸い上げられてくる。旨くやると水が霧状になって飛ぶでしょう。
　吹いた息がストローBの先から出ると、その流れと直角の方向にあるストローAの中の圧力が大気圧より低くなります。一方、コップの水の表面は大気圧で押されている。この不均衡のために、ストローAの中に水が押し上げられるのです。先端まで来た水は風に飛ばされて霧になってしまいます。

お礼

紙の実験、及びストロー実験、stomachmanさんのようになりました。
本当にわざわざありがとうございました。
これで勉強嫌いの私も。。少しは興味をもてそうです（笑）

回答No.3

dragon-2

真空力とはこの地上（大気圧）で、真空状態が発生したらどんな力が生じるのかということなのですが、stomachmanさんの言われる通りです。
　実は大気圧による力は真空に対して760mmHgという力を与えます。つまり、水銀柱を76cm引き上げることが出来るのです。水銀の密度が約16.3g/cm^3ですから、水を約16.3×0.76≒10（ｍ）吸引できる力があります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.2

siegmund

たこの話だと stomachman さんの書かれているとおりです．

多少面白そうな話を加えておきます．
stomachman さん書かれているように，大気圧は１平方センチ当たり1kg，
つまり水柱で言うと１０ｍです．
だから，真空にして水を吸い上げようとすると，１０ｍが上限です．
井戸のポンプで，吸い上げタイプのやつは１０ｍしか汲み上げられない．
圧力を掛ける押し上げ式ではもっとあがります．
(いまごろ，手押しの井戸ポンプなんてないかな，
樋口一葉が使った井戸，なんてのはそういうのだったような)

同じことですが，ストローで一生懸命吸い上げても１０ｍしか吸い上げられません．
しばらく前にテレビでこれを見たことがありました．
出演者が顔を真っ赤にしてがんばって吸い上げて，８ｍ位だったような．

歴史的に非常に有名な実験として，
マクデブルクの半球という実験があります(1654年)．
ドイツの物理学者のゲーリケという人はマクデブルク市の市長でも
あったんですが，大気圧の存在を公開実験で示しました．
半径４０cmの金属製半球を２つ使い，
間にガスケットを挟んでから手動ポンプで排気しました．
こうやると，stomachman さんのコップと同じく，くっついて離れなくなります．
この２つの半球は馬１６頭で引っ張っても離れなかったということです．
時代が昔ですから，ポンプもガスケットもろくなものじゃなかったはずですが
公開実験ですからデモ効果は大変なものだったでしょう．
馬１６頭で引くと，力はどれくらいかなあ．

お礼

”マクデブルクの半球”実験等、面白いお話を交え、ありがとうございました。確認で、stomachman さんのコメントのところに吸い上げ式のスプレーガンの原理について質問しておりますので、よろしければご回答宜しくお願い致します。

回答No.1

stomachman

真空力。たこの吸い出しみたいに、くっつくことですか？　それとも理論物理学で言う「真空のエネルギー」という難しい話でしょうか。
　くっつく方だとすると、アレは真空が力を持っているのではない。大気圧が力のもとなんです。例えばコップを２個、口を合わせてくっつけてみる。別になんということなくまた離すことが出来る。これはコップの中にある空気も、外にある空気も同じ圧力なので差し引きゼロ。なんの力も発生しないからです。ところが、くっつけたコップの中の空気を抜いたとすると、コップを引き離すことは難しい。コップの外からは大気圧が掛かり、中からは圧力が掛からないと言う不均衡が生じるためです。大気圧は四方八方から掛かっていますので、コップを互いに押しつける力になるのです。
　大気圧は１平方センチ当たり1kgもあります。ふつうのコップなら50kg位の力で押しつけられている。ヒト一人ぶらさげてやっと離れる位の凄い力です。
　コップの空気を抜くにはどうするか。水蒸気をつかうと簡単です。激しく沸騰しているお湯の上にしばらくコップをかざすと、空気が追い出されてコップの中は水蒸気でいっぱいになります。この状態ですばやくくっつける。そしてしばらく待つと、水蒸気が水に戻り、コップの中は（真空とまでは行かないが）非常に空気が薄い状態になる。これでくっつくんですね。実際にはコップの口がぴったり合わないと、そこから空気が入ってしまいます。

お礼

ご回答ありがとうございます。
たこの吸出しになるんでしょうか？
吸い上げ式のスプレーの原理を知りたかったんです。
siegmundさんの吸い上げる話でイメージできますが、
下に溜まっているもの（液体）が、どのように押し出されるのか疑問だったんです。
stomachmanさん、siegmundさんの話を参考にすると、大気圧の違いによって吸い上げられるという事でよろしいのですか？
吸い上げ式のスプレーガンだと、空気圧力をかける事で、下にたまっているもの（液体）が、噴出されるんですかね！？（stomachmanさん、siegmundさん以外の方でも回答宜しくお願いします。）