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コップの表面をスポンジで覆ったら中の水は？
コップの表面の内側と外側の全てを、スポンジのような水を吸いあげる素材でコーティング(薄く覆う)したとして、そのコップの中に水を入れたら、コップ表面のスポンジによって水がコップの内側を登りコップの外側を伝いコップの外側の底から滴るような現象は起きますか？ 例えば、超流動ヘリウムが、容器の外にこぼれるような現象がこの場合水でも起きますか？
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サイフォンで水が水面より高く昇ることができるのは、密閉された高い部分が水の重力によって負圧になるからです。スポンジの水が昇るのは、スポンジに濡れ広がろうとする水が表面積を増し、増えた表面積を表面張力が減らそうとして負圧を作るからです。何れにしても負圧によって水をコップの縁まで押し上げることができれば後は落ちるだけです。 スポンジに濡れ易いものを選べば、即ちスポンジ素材の表面張力が大きく水とスポンジの界面張力が小さく、目の細かい物を選べば、ゆっくりですが、仰るようになると思います。コップの水の高さが水が落ちる場所の高さまで下がれば止まりますから、永久機関にはなりません。
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おお、ウィキペディアに「永久機関」の項目がある。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B8%E4%B9%85%E6%A9%9F%E9%96%A2 そこの右側にある「浮力を利用した永久機関」を改変したものを、物理学再入門していたときに、力学的にできないと解いたことがあります（もう詳細を忘れています）。「熱力学から言ってできない」と切って捨てるのは簡単ですが、やはり力学に言われたことは力学で解きたいですからね。 その下に「毛細管現象による永久機関」があります。今回のご質問と少し似た部分があるようです。もちろん、これは動作しません。「それなら、水が昇っては落とし、昇っては落とし、と続けたら？」というのが先に提示しました永久機関もどきです。いくらテクニカルに論じても、できないものはできないんですが。 その当時、「その永久機関は一見動きそうで、しかしどうして動作しないのか？」にちょっとハマったりもしました。 仰るような乾いたティッシュでコップの外に水が流れ出るのは、「永久機関のように見える装置・現象 」 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B8%E4%B9%85%E6%A9%9F%E9%96%A2#.E6.B0.B8.E4.B9.85.E6.A9.9F.E9.96.A2.E3.81.AE.E3.82.88.E3.81.86.E3.81.AB.E8.A6.8B.E3.81.88.E3.82.8B.E8.A3.85.E7.BD.AE.E3.83.BB.E7.8F.BE.E8.B1.A1 に該当する、何らかの条件が成立しています。
- oo14
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まだやってるんですか？ 特許には永久機関がならないのは当然ですが、自然現象を発見したからといって特許にはなりませんよ。 発見と発明は違います。 ただ、雑巾とかティッシュ（そのような性能のスポンジでもいいしコーティングでもいいですが）を使って、コップの水を吸い上げることについては、この質問がここになされていなければ、２回ぐらい拒絶理由通知に対応できれば、特許にはなると思います。 ここが、公衆回線に該当なくても、誰かが情報提供すれば、無効審判請求で、終わりですから。 だだ、産業上役に立つってことをいっておけば、特許は取れるとおもいますよ。 でも、この出願で儲からないことは断言します。すでに多くの方がチャレンジ済みだからです。 いやなことを思い出しました。以前住んでいたマンションで聞いた話ですが、そのマンションはトイレがロータンク方式でなくフラッシュバルブで水道管直結なのです。 サイフォン管効果で、ブレーカー（チャッキバルブ）を超えて、一階のトイレの排水が水道管に逆流したのです。 水道の蛇口から汚物が・・・。 そのくらいサイフォン管効果というのは日常経験します。
- foomufoomu
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実験すればすぐにわかりますが、これは永久機関ではありません。 サイフォンと同じで、水面より上に水をくみ上げることはできないので。
そうですねえ、あまりテクニカルな思考実験を考えていると罠にはまります。 要は、毛細管現象を使っても永久機関ができないということなんですね。 一つ、毛細管現象による永久機関の思考実験を提示しておきましょう。補足で頂いている思考実験にも関わりますが、もっと単純化したものです。 雑巾より単純な管を使います。管は水に対して無視できるほど軽いとします。また厚さも事実上無視できるとします（管の体積は考えなくていいということ）。強度は管内に毛細管現象で上がってくる水を支えるのに最小限度だとします。 表面張力で管内に水が上がってきます。管内の水は水面に対して位置エネルギーを持ちますね。 ここで、水が上がった管をポキリと折ります。このときの強度はぎりぎりですから、加える力は無視でき、エネルギーは事実上使われません。 水の満ちた管は水面に落下します。これは力学的エネルギーとして使えます。 折ったところに、別の管を継ぎ足して元通りにします。当然、また管内に水が上がってきます。そして、また管を折って、力学的エネルギーとして使います。 これは永久機関ですね。しかし、永久機関は作れません。では、上記の現象は起こせないということになります。 だとすると「思考実験の間違いは何だろうか？」ということです。決して、「物理法則の、どれに間違いがあるのだろう？」という思考にはなりません。 そういう思考方法で、できる、できないを考えて回答しました。細かい現象をつなぎ合わせる前に、大枠として、あるいは全体として、それは何かという観点です。 それが、物理学法則としてあり得ないなら、どこかがおかしいわけです。 上記についての答は書きません。もし、ご興味があれば考えてみてください。同様の一見は実現できそうな、力学的永久機関は他にもあり、熱を使っていないので、できないことを力学から証明するのは、結構手間がかかったりします。 P.S. しかし、ムペンバ効果のような現象や、かき回したらエントロピーが減少したかのような現象もあります。また、質問者様がティッシュで実験したような現象もあったわけです。 それはそれで、永久機関はできないという大前提で、「ではどういうことが起こっているのだろう？」という風に考えて行くことになります。
>何故、始めから濡れている雑巾は水が流れ、乾燥している雑巾では吸水したとしても水は流れないのでしょうか？ それは、まさに水が詰まった管による、サイフォンの原理ですね。雑巾がうまく管のような働きができれば、外に出した雑巾の端が水面より低い限り、水は流れ続けます。 これは力学的に全く疑問点はないですよ。乾いている雑巾だと、表面張力からくる毛細管現象で吸い上げても、水が降りていくのは力学的にできないはずなんですね。 乾いたティッシュでそうなるということだったので、それは私では、どういう仕組みでそうなるのか、見当もつかないわけです。 先に会社の仕事で雨が降るたびに排水作業と申し上げましたが、ホースを使って、そういう作業をしています。溜まった水にホースを沈め、ホースに水が満ちたら、外へ垂らします。ホースから水が流れ出し始めさえすれば、後は放っておけばいいわけです。とてもではないですが、バケツなどで汲んでは外へ、といったことはやってられません。
あれ、済みません。ちょっと急に用事ができたので、とりあえずご返事だけと思って、先の回答を書きました。 特許は本気ですよ。永久機関につながると思いませんが、そういうことがあれば、かなり面白い現象です。少なくとも、そういう風に排水したい需要は膨大にあります。 一見、物理法則に反しているような現象はあります。 有名で、仕組みが分かっていないのでは、ムペンバ効果があります。お湯のほうが冷水より速く凍る現象です。それが事実と知らない、ある物理学教授は「そんな熱力学の法則に反するような現象はあり得ない」と、言下に否定しました。永久機関になりそうな現象なんですね。それくらい不思議な現象です。でも、実際に起こります（確実性はないですが）。 仕組みが分かっていて、それでも熱力学的には不思議に見える現象に、異なる大きさの粒子を混ぜてかき回すと、自然に分離するというのがあります。混ざるのと反対の方向へ向かうわけです。エントロピーの法則で考えてしまうと、やはり言下に否定したくなります。混ぜれば混ぜるほど混ざるはずで、分離するなど想像もできません。でも実際に置きます。こちらは、理論的に解明されています。 乾燥したティッシュのこよりを使って、コップの水を外に出してしまえるなら、それは毛細管現象だけでは分からない現象です。毛細管現象以外のことが関わっているはずですが、それは私では分かりません。おそらく、そういうことがあると意識的に分かっている人は少ないでしょう。 そして、それを起こせる条件が分かりさえすれば、仕組みが分からずとも、現象的だけではなく、実用上も凄いことだということです。たわしを発明した人は大金持ちになりました。それ以上のことだということです。 私も仕事では排水には困っていますので。雨が降るたびに、走り回らねばなりません。素直に、「それが実用化されたら、お金を払って使いたい」といのが素直な気持ちですよ。そして、発見者に権利をお譲りしたいと思っています。それが発見に対する敬意です。横取りはできません。
補足
ご回答ありがとうございます。 NO2の回答者様がおっしゃるような例では、バケツの縁にかけた雑巾が始めから濡れている場合に限り、水が雑巾を伝いバケツの外に流れるということでしょうか？ 乾燥した雑巾をバケツにかけても、雑巾は吸水するが、しかし、水はバケツの外に流れることは無いということなのでしょうか？ ※バケツの外に出た雑巾はバケツの中の水面より下まで伸びているとします。 何故、始めから濡れている雑巾は水が流れ、乾燥している雑巾では吸水したとしても水は流れないのでしょうか？
>水の入っいない皿にティッシュを細くさいたもの一本を、皿の中と外に橋渡しました、次に皿に水を入れると水がティッシュを伝い皿の外へと伝わりました、そして皿を空中に持ち上げるとティッシュからぽたぽたと水が滴りました。 全世界で特許取れますよ（出願を成立させる費用その他が必要ですが）。 大金持ちになることを受け合います（やり方次第ですが）。 誰かが先を越す前に、やらないといけません。
お礼
ご回答ありがとうございます。 あなたはいつも素晴らしい回答をなさる方だと思っているのですが、私は何かおかしなことを言いましたか？このような回答は残念ですね。
補足、承りました。#4他です。 >雑巾やスポンジのようなきめ細かい繊維質ならそのくらい水の吸い上げによる上昇も可能ではないのでしょうか？ それにお答えしたのが、 #3> 毛（細）管現象ですね。水面に入れた細い管を水が昇る現象です。 です。水が昇るところまではあります、ということですね。 それが外へ垂れ落ちるかと言えば、落ちないという結論が、やはり最初の回答です（#3）。
補足
ご回答ありがとうございます。 今、実際に実験してみました。 水の入っいない皿にティッシュを細くさいたもの一本を、皿の中と外に橋渡しました、次に皿に水を入れると水がティッシュを伝い皿の外へと伝わりました、そして皿を空中に持ち上げるとティッシュからぽたぽたと水が滴りました。
補足、承りました。#3です。 >コップの外側の底まで水がスポンジに染み渡るとしたら、コップの水面より下になるはずです、それなのに水は滴ることはないのでしょうか？ それについて、ご説明したのが、 > いったんコップの水面より高いところまで管に水を吸い上げ、さらに管の水面をコップの水面より低くすれうば、管の出口がコップの水面より低い限り、水が流れ出続けます。 です。今見ると誤字が(^^;。「低くすれうば」は「低くすれば」です。 濡れた雑巾なら、管に水が詰まっている状態だということです。 雑巾が乾いた状態では、そこまで行けないという説明が、 > その、いったん吸い上げて、コップの水面より低くまで、というところを毛細管現象でできるかと言うと、できません。 です。
補足
ご回答ありがとうございます。 Wikipediaには直径0.1mmのガラス管の場合、液面が28cm上昇するとの記述がありました、 とすれば雑巾やスポンジのようなきめ細かい繊維質ならそのくらい水の吸い上げによる上昇も可能ではないのでしょうか？ さらに極浅いコップを使えば可能ではないのでしょうか？
毛（細）管現象ですね。水面に入れた細い管を水が昇る現象です。 仰るようなことは、できません。もしできたら永久機関になります。 コップの外だと、水面より低いところへ落とすだけなんですが、これは毛細管現象とは無関係の部分です。管の一方をコップの水中へ、他方を外にたらします。 いったんコップの水面より高いところまで管に水を吸い上げ、さらに管の水面をコップの水面より低くすれうば、管の出口がコップの水面より低い限り、水が流れ出続けます。 その、いったん吸い上げて、コップの水面より低くまで、というところを毛細管現象でできるかと言うと、できません。 いったん毛細管現象で管の中で上昇した水面の水をコップの外ではなく、コップの中へ戻るように、管を曲げてやるとします。もし、それで管内の水をコップの中に落とすことができれば、無動力の水流ができることになります。 その水流のコップに落ちる部分を水車などを使えば永久機関です。それはできません。コップの内外をスポンジでコーティングした場合も同様です。
補足
ご回答ありがとうございます。 ＞いったん吸い上げて、コップの水面より低くまで、というところを毛細管現象でできるかと言うと、できません。 NO2の回答者様がおっしゃるような雑巾を使った実験では可能であるのに、何故できないのでしょうか？ コップの外側の底まで水がスポンジに染み渡るとしたら、コップの水面より下になるはずです、それなのに水は滴ることはないのでしょうか？
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補足
ご回答ありがとうございます。 サイフォンと毛細管現象は別の現象であり、毛細管現象だけでは力学的に水は流れないということなんですね、 では、NO1とNO2の回答者様は間違っているということなのですか？ 乾燥した雑巾を水の入ったバケツに引っ掛けても雑巾からバケツの外に水は絶対に流れることは無いということなのですか？(ネットでもよく目にするありふれた現象だと思いましたが‥違うとは) もう一つ疑問があるのですが、毛細管現象による水面の上昇は管の直径により決まっているということですが、 例えば、乾いた雑巾を水の入ったバケツに引っ掛けると、仮に雑巾は水面から20cmまで毛細管現象により濡れたとします、つまり雑巾は水を20cm吸い上げたとします、そこで、例えばバケツの水の水位はバケツの底から5cmだとします、さらにバケツの水面から縁までは5cmだとしたら、雑巾には20cm水がしみるのだから、雑巾の水はバケツの縁を越えてバケツの外へ15cm染みるはずです、するとバケツの水位より低い位置まで雑巾に水が染みるのであとはサイフォンの原理により雑巾に水が流れることになるのではないでしょうか？