サイフォン

質問

サイフォンの最頂点は負圧になっているのですか？
駆け出しの水道関係人間ですので
わかりやすい原理をお願い致します。

回答No.1

htms42 · ベストアンサー

負圧になっているというのはどういう意味でしょう。
「水のない部分が出来ているが圧力が１気圧よりも小さい」という意味でしょうか。
もしこの意味だとすると水を一杯詰めた状態でスタートした場合、水が流れ出している途中でホースの中の水が途中で切れてしまうということは起こりませんので意味がない質問になります。

サイホンを鎖のイメージで考えることが出来ます。
机の上にスタンドを置き滑車を取り付けます。滑車に長い鎖をかけ長い方の端を机の上におきます。短い方の端が机の高さよりも低くなると鎖は落ち始めます。机の上の余っている分も全部落ちてしまいます。ホースの中の水が切れないでつながっている限り鎖との類推は成り立つと思います。
１気圧は１０ｍ分の水圧に相当しますからホースの中の水の重さで水が切れてしまうということは普通起こりません。ホースの中に空気の泡を入れてしまうと水が切れるということが起こりえます。

お礼

とりあえず基本がわかっていないのですみません。
大気圧で押し続けられていると考えて間違いないのでしょうか？

回答No.4

okormazd

ANo.3
そうです。
水面付近では大気圧ですから。

回答No.3

noname#74145

専門家の方の完璧な説明の後に単純な解説をするのも恥ずかしいのですが
負圧＝大気圧より低い事
最頂点は水面より高い位置に有る
と言う前提で

＞サイフォンの最頂点は負圧になっているのですか？

当然そうなります。水面は一気圧ですから最頂点がより低い気圧でなければ水を吸い上げられないでしょう。
話を簡単にする為にベルヌーイの定理を使わないで、つまり水が流れる一歩手前の状態を考えるとこれはストローでジュースを吸い上げる時と同じですね。

口で負圧を作るからジュースが上がって来るのですがこれは大気圧よりも低いストローの中に大気圧がジュースを押し込むと考えても同じです。
ご質問の場合口で吸う代わりにホースから流れ落ちる水が上の水を引き伸ばして負圧を作る訳ですね

お礼

わかりやすいご説明ありがとうございます。
人に説明するときに使わせていただきます！

回答No.2

okormazd

断面積の大きい水槽からサイフォンで水をくみ出すことを考えます。以下はベルヌーイの定理の説明です。
水槽の水面は大気に開放され、この水路の途中ではポンプや水車などエネルギーを供給したり、エネルギーを消費する部分がなく、加熱したり冷却したりしないとします。
水面付近の水はいずれサイフォンの最高点を通ります。水面付近の水とサイフォンの最高点の水にエネルギーの保存則を適用します。途中でエネルギーの出入りはないので、両者の全エネルギーは等しくなります。(厳密には摩擦などによるエネルギー損失があるが、考えやすいようにとりあえず無視しましょう。)
エネルギーの中身を見ると、位置エネルギー、運動エネルギー、それに圧力のエネルギー(圧力の高い流体がエネルギーが高い)です。
水面付近では流速はほとんど0(断面積が大きいから)です。したがって、運動エネルギーは無視できます。サイフォンの最高点付近では流速があるので運動エネルギーは無視できないでしょう。したがって、運動エネルギーは、水面＜最高点　です。
サイフォンですから高さは水面より最高点のほうが高いでしょう。したがって、位置エネルギーも、水面＜最高点　です。
両者の全エネルギーが等しくなるには、圧力のエネルギーが、水面＞最高点　になっていなければなりません。すなわち、圧力は水面より最高点のほうが小さくなっています。

このことをを負圧というのかどうかは私は知りません。

各点の圧力がどうなっているかは、以上のような考察で、定性的には説明できます。

お礼

水面の断面積が大きくてサイフォン管の断面積が小さいので
流速が早く圧力が小さいということでしょうか？
やはり最高点は大気圧より低いということですね。