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雨垂れ石を穿つという現象は現実にあるか？ また起こるならどんな仕組みによってか？
「雨垂れ石を穿つ」 「点滴石をも穿つ」 「水滴石を穿つ」 いくつか類似の言い回しがあります。これらはすべて「同じ所に落ちる雨垂れが長い時間をかけて石に穴をあける」という意味合いでしょう。努力し続ければ変化は起こる、どんな苦労も無駄にはならないというような風に使われていることもあります。 ふだん何気なく比喩として使っていましたが、今日ふと「水が落ちてぶつかる程度で硬い石が削れるものか？」と疑問に思いました。 私のイメージするところでは物体とは原子という「微小な磁石」の集合で、互いを電磁で引き合うことによってカタチを保っています。そのため、これを削るためには引っ張られている以上の力を表面分子に加えて切り離す必要があります。 切削でも研磨でもこのイメージで説明できると思います。しかし落下する水滴のような弱い力を「くっついた二つの磁石」に断続的に加え続けても、起きた微小な変化は復元してしまい、無限に時間が経ってもけっきょく変化量はゼロなのではないか。そんな風にイメージしました。 そこで質問です。「雨垂れ石を穿つ」という物理現象は実在するのでしょうか？ 実例があるならば教えてください。また可能ならば、どのようなプロセスでこの物理現象が起きているのかご説明くださると幸いです。専門外の方の思いつきや素朴なご意見なども、ぜひお聞かせください。 私はハードもソフトも作るコンピュータ関係が専門の大学院生で、学部時代には精密加工法などの授業も受けました。大学生レベルなら専門的になっても理解できると思います。専門書や論文を含め、参考文献をご紹介いただければ、出来る限り読みます。全くの興味本位の質問ですがどうか宜しくお願いします。 参考までに他の破壊現象に関する私のイメージを書いておきます。 刃を石でこすって研ぐのは、でっぱった表面分子に応力が集中して剥離していくイメージ。 ウォータージェットで切るのは、ものすごい運動エネルギーをもった水分子が対象表面の分子にぶつかってはじき飛ばすイメージ。 波が岩を削るのは、風化して脆くなった部分が水の圧力で落剥していくイメージ。 川が大地を削るのは、一緒に流れている石がぶつかって削る、あるいは圧力で掘り起こして流し去るイメージ。 雨が岩を崩すのは、寒暖差などによって生じた岩の亀裂に水が入り込み化学反応を起こす、あるいは凍結時の体積増加で楔のように割るイメージ。 このようなイメージや理論で結構ですから、どうぞご教授ください。 さらにおまけ。 ネットで検索していて、以下の記述を見つけました。 P.78 「水は石の表面にある僅かな疵にも進入することができ、石の表面にくりかえし水滴が落下すると、その衝撃力が疵の中に水のくさびを打ち込み、超液体を形成し過剰仕事をすることになる。それにより微小部分を破壊する。これを長時間くりかえす間に穴が穿たれることになる」 ミクロ世界の物理学: 生命・常温核融合・原子転換 著者: 高橋良二, Ryo-ji Takahashi 出版社: 株式会社 朱鳥社, 2002 http://books.google.co.jp/books?id=Iu0g4_QnDNgC&pg=PA78&lpg=PA78&dq=%E6%B0%B4%E6%BB%B4%E7%9F%B3%E3%82%92%E7%A9%BF%E3%81%A4+%E7%89%A9%E7%90%86%E7%8F%BE%E8%B1%A1&source=web&ots=4H1qpA8DbA&sig=DZKkA6AQRQOe2ToFfFs4fxP7INk&hl=ja&sa=X&oi=book_result&resnum=1&ct=result#PPA78,M1 Google ブック検索のため全文は読めず、「超液体」「過剰仕事」などの単語の意味が分からないため納得するまでには至りません。しかしいくらかの示唆を与えてくれる気もします。 「雨垂れ石を穿つ」という現象は現実に起こりうるのか。起こるなら、それはどのようなメカニズムによってか？ ヒントや提案のレベルでも十分です。ご回答いただけると幸いです。
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A No.1です。 外見がつるつるに見えるときでも、ミクロなレベルで見ると石の表面には 細かい隙間がいっぱい開いています。この隙間に水が入り込み、冷えて 凍ったり蒸発する時の膨張で隙間を広げていきます。水に溶ける成分が 抜けたりして、周りの部分が抜けたりすると、残された微粉末が風に 飛ばされたりなどして徐々に減っていきます。これが風化の原理です。 墓石なども、設置した当初はつるつるしていても年月と共に表面の 光沢がなくなり、手触りも徐々にざらざらに変わっていきます。 ただ、周辺に比べて圧倒的に水との接触が多い（その一点、一筋だけ） というくらいの差がないと、穴・筋といった形にはならず、全体が 均等に風化していきます。
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- htms42
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＃３です。 お寺の軒下にある敷石のくぼみをご存知であればそれで終わりではないでしょうか。わざわざしずくの落ちるところにノミでくぼみをつけたりすると考える方が不自然です。 初めツルツルだった墓石の表面がざらざらしてくるということが書かれています。墓石にはしずくは当たっていません。自然に起こるその様な表面の変化にしずくの落下が加わればくぼみがつくというのは予想されることではないでしょうか。 石灰岩の侵食の例が書かれています。 石灰岩は酸に溶けます。 確かに固いのですが溶けやすいのです。 雨に溶けている二酸化炭素でもゆっくり溶けていきます。 ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２→Ｃａ(ＨＣＯ３)２ この反応の逆反応が起こるとＣａＣＯ３が析出します。これが鍾乳石のできるメカニズムです。でもかなりの時間がかかります。花崗岩の風化の速度の方が速いです。 花崗岩は鉱物（石英、長石、雲母）の粒が大きいです。「花」という字はこのことを表現しています。「崗」は「剛」です。硬いという意味です。花崗岩は硬くてもろいのです。花崗岩は御影石とも言います。六甲山を特徴付ける石です。花崗岩の風化・浸食は六甲山に行くとイメージが取れます。
お礼
しずくの受け皿があったら少し水はねを防げるのかな、と想像しました。 それで終わり、ＱＥＤ。論理って前提を共有しない人を説得できませんね。 それから、墓石にしずくが当たってないというのは……。 高空から落ちてくる雨粒は「しずく」ではないってことでしょうか。 「しずくによる衝撃」がくぼみの形成にどれぐらい寄与しているのか。 どうにかして観察、あるいは実験してみたい……と私などは思います。 あ、あと石灰岩が雨水に溶けるよりかは、 花崗岩が風化する速度のが速いのですか。 花崗岩と石灰岩を敷石にして比べたら 花崗岩のが速く削れるってことですかね。 六甲山でもグランドキャニオンでもどこでも 観察し考えるこころを忘れずにいたいと思います！
- debukuro
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水も砂粒も粒子です 程度の違いこそあれ衝突された物体を破壊します
お礼
つきつめればなんだって粒子ですから なにかに触れるたび全ては壊れゆくのですね。 ああでも、衝突させたらくっつくこともあるか。
- Tacosan
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本質はどんなものをもってきても同じです. 物理的にがつがつと削ればいいだけなので「不純物を含まず科学的に反応を起こさない水」(そんなのあるのか?) であっても同じ. やっぱり削れていきます. てか, やってることは「ウオータージェット」と同じです. 力は弱いけど, その分時間をかけてます. #3 のいわれる通り, 「超液体」なんてものは捨てていいです. だいたい, その前の「地下 100km にある岩石中の欠陥に存在する水」が 1万気圧になるなんて, 何かを勘違いしてるとしか思えない. どこから「1万」なんて数値が出てきたんだろう. たぶん, この本そのものを捨てたとしても問題はないでしょう.
お礼
この本を NACSIS Webcat (国内大学・研究機関蔵書検索)で検索すると４１の図書館が持ってますが……Google検索ではほっとんど言及がないですね。 （ちなみにファインマン物理学は３７５の図書館が所蔵してます） この本については、いつか手に入ったときにまた考えてみます。 それはさておき物理説で嬉しいです。でもぶつけりゃ壊れるってもんでもない気がするのでひとつ質問を。 ものすごく単純に考えます。立方体の磁石がひとつ地面に固定されているとします。そこにもう一つ立方体の磁石を乗せてくっつけます。そこになにか不導体の軽い球をぶつけることを考えます。さらに磁石の表面は平滑で、磁石同士の摩擦力が無視できるほど小さいとします。 この条件ならぶつかった瞬間はごくわずかズレるかも知れませんが、磁石同士がくっついている以上、復元力が働いて元に戻ると思います。それならば弱い力をどれだけ加えても離れることはないのではないか？ というのが私のイメージです。 つまり壊すには復元力以上の強い力を加えて引きはがすしかない、と。原子、分子の結合したものとしてミクロに考えるとこれで正しい気がします。ただ石とか岩をマクロに考えた場合にどうなるのか……。 あるいは「静止摩擦力より小さい力を加え続けても、物体は永久に動かない」という私のイメージが間違っているでしょうか？ あるいはあるいは、静止摩擦力や磁石のアナロジーを使うこと自体が間違っているでしょうか？
- htms42
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どういう石をイメージされていますか。 私のイメージはお寺の軒下にある敷石です。 軒先からたれるしずくによってくぼみが出来た石は古いお寺に行けば見ることが出来ます。珍しいものではありません。 石の種類によって速さに違いがあるでしょう。 でもたいていの石は成分の異なる鉱物の集合体ですから鉱物の粒の境界で壊れていきます。 壊れていく仕組みは普通の風化作用と同じように考えてもいいのではないかと思います。雨にしずくの水だけの働きではなくて他の風化作用の要素が複合的に働いているのでしょう。小さな砂埃は一緒に落ちてくれば研磨剤の役割が期待できます。温度差も効果がありそうです。濡れによる化学変化もありそうです。 「超液体」という正体不明の言葉を無理に持ち込まなくてもいいものだと思います。
お礼
まさに軒下にある敷石のイメージでした。しかしあれって元から彫ってあるわけではなく、年月を経ることで削れていくんですかね……？ そしてご説明いただいたどれも有りそうです。もしも温度や湿度などに変化のない環境で、不純物を含まず化学的に反応を起こさない水滴をぽたぽた垂らしても、削れはしないということでしょうか？ （水と化学的に反応しない物質なんて無いのかもしれませんが） 超液体はよく分かりませんが、高橋良二（元東京大学工学部の物理工学科教授）の言うことを信じてみて、次のような物理現象をイメージしてみました。 微細な亀裂に水が入り込んで そこにさらに水滴が落ちたとき、溜まった水全体に衝撃が伝わることで「濃やかな圧力」がかかり、微細な構造から少しずつ破壊されていくのではないか。……どうですかね？
- eroermine
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雨水は純水に近いので石灰岩を溶かします。 湧き水等ではこれができない。 「雨垂れ花崗岩は穿てず」
お礼
石灰岩は穿てても、他は穿てない……説得力があります。ありがとうございました。 「雨垂れ花崗岩は穿てず」は新しいことわざになりそうですね(笑)。
- cipher_roy
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貴方の挙げた例に一番近いとすると風化ですね。物理的衝撃というよりは、水分を含んでふやけたり乾いたりを繰り返すうちに、その部分だけ 他よりも早く風化が進みます。この積み重ねが目に見えるほどの大きさに なったものが『雨垂れ石を穿つ』です。ただ、人間の一生程度では 済まないほどの長いスケールでの話になります。穴が開くのとは逆 ですが、鍾乳洞の鍾乳石や石筍が成長するのもこれと同じく非常に 長いスケールの話です。こちらは石灰分の多い水が先端で石灰分の 濃い部分を残して下へ垂れ、下側もまた石灰分のみが残されて水は 他へ流れるという積み重ねです。こちらは『塵も積もれば山となる』 の実例と言えるでしょう。
お礼
風化のような「微小なプロセス」の積み重ねである、というのはすごく納得できます。あの美しく巨大な鍾乳洞が作れるなら、石に穴をあけるぐらい簡単だ！ と思いもします。 もし宜しければ「石がふやけたり乾いたりするうちに そこだけが風化していく」というところをもう少し詳しく教えてもらえませんでしょうか。 つまりその、石ってふやけるんでしょうか？ 濡れたり乾いたりすると、石表面はどんなプロセスを経て壊れていくのでしょうか？ お寺の敷石ならば、水が垂れて流れたところも筋状に削れるでしょうか？
お礼
水はどんな隙間からでも入り込み、奥深くまで到達し（毛管現象） 温度変化による体積変化でもって内部から壊す（４度で最高密度）。 それとは別に、水はすぐれた溶媒でありさまざまのものを溶かす。 また石や岩はふつう様々の組成からなり、硬軟が入り交じっている。 接着剤であるつなぎ目の部分が溶けるなり壊れるなりして風化は進む。 なんとなくイメージはできました。でも、本当に穴や筋になるのか 自動滴下装置でも作って色々試してみたい！ あと墓地に行ってきます。 分かりやすく、ていねいな説明をありがとうございました。