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サイフォン
okormazdの回答
- okormazd
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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。
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