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水圧と奥行きの関係について
- 水圧とは、水深によって決まる力のことです。
- 部屋Aと部屋Bの扉にかかる水圧の総量は同じです。
- 部屋Bの扉を開くのに必要な力は、部屋Aよりも少ないです。
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質問者が選んだベストアンサー
AとBの水圧は等しいからというだけではなく、物理学の基本からいえば、水圧のかかる方向と、扉の開閉方向が、90°ずれているので、扉の開閉に水圧の影響はありません。それは、「力が必要ない」としようが「力が必要ある」としようが同じです。 ただし、現実にこのような設備を作って実験してみれば、水のある時とないときとでは、扉の開閉の力は違ってくるでしょう。それは、扉近辺の構造がどうなっているかという問題であって、質問はそれには一切触れていないので、「力が違ってくる」という回答はできないし、ましてどれほど違うかという計算はとてもできません。 厳密にはちょっと違うが、似たようなこととして、次を上げましょう。 アイススケートでは、大人も子供も体重によらず同じように滑ります。滑る方向と、体重のかかる方向が９０°違うから、ほとんど体重は関係ないのです。 質問の部屋の扉を支えるのに、扉の上下・外側を氷にして扉の上下・外側ににスケート靴の刃をつけて扉を支えるような構造にすれば、アイススケートと似たことになり、水圧は関係ないことが類推できるのではありませんか。 あるいは、構造により水がかかったことによって摩擦が減り、扉が動きやすくなる構造も考えることができるでしょう。
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- Nebusoku3
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この部屋が完全に密封状態であれば、どちらも ”スライド式で無いと、ドアを開く事はできません” 。 何故なら”パスカルの法則” で密閉された容器に入れられた水の場合、全ての場所で圧力が同じになり、且つ、水は膨張/圧縮は基本的に無いものとして扱いますので観音ドアでは ”開けることができません”。 スライド式ということですので 「この扉を開くには、通常では力が必要ないとします。」 という前提から、お問い合わせの件は ”力が無くてもあける事ができます”。
お礼
ご回答ありがとうございました。 １番さんのお礼欄にも書きましたが 「密閉された部屋」とは単に「水が漏れない部屋」 ということを言いたかった表現です。 …って、水が漏れなければ、物理学的には 「完全に密封状態」になるのかな？？？ すみません、物理は本当に「中学生」なんです、私。 しかし、面白そうですね、物理も。 高校の参考書とか買い求めて、勉強してみようかしらん^^
- Tann3
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ご質問のような「引き戸」だと、摩擦を考えないとNo.1さんの回答のようになります。 扉が「内側に開くドア」で、外から押して開けるタイプの場合には、ドアを押すのに必要な力は部屋Ａも部屋Ｂも同じです。ドアにかかる圧力が同じだからです。従って、ドアにかかる力も同じです。 どうして同じか？ 圧力が同じだからです。 水面から1メートルの深さところに耐圧ガラスで窓を作った船があるとして、池に浮かべたらガラスは破れないが、海だとガラスが破れる、ということはあり得ません。それと同じです。 計算は、ドアの上端の水深が2m、下端の水深が4mなので、平均の水深3mなので 水圧（N/m^2）＝水の密度（kg/m^3）×深さ（m）×重力加速度（m/s^2） を使って計算すると、ドア全体の平均で 水圧（N/m^2）＝1000（kg/m^3）×３（m）×9.8（m/s^2） になります。ドアの面積は １m×2m＝2m^2 なので、ドア全体にかかる力は、 ドア全体にかかる力（N）＝1000（kg/m^3）×３（m）×9.8（m/s^2）×2（m^2） です。 キログラム重（kgf）の方が直感的に分かりやすいので、こちらで表わすと ドア全体にかかる力（kgf）＝1000（kg/m^3）×３（m）×2（m^2）＝6000（kgf）＝6トンの力 ということになります。 部屋Ｂには、水が6トンも入っていないではないか、とお考えかもしれませんが、圧力というものはそういう性質です。 1キロの重りも、同じ大きさのゴムボールも、同じ高さから落とせば同時に地面に到着します。「重いものが速く落ちるのでは？」という一般的な思い込みを打ち破るために、ガリレオ・ガリレイはピサの斜塔から実際に落として見せました。 このドアの件も、何なら、ご自分で実験してみてください。
お礼
あらためまして、ご回答ありがとうございました。 １番さんのお礼欄にも書きましたが ご回答にとても驚き、しばし考え、 調べたりもした結果、私の質問のしかたが 激しくマヌケだったのかなとの思いに至りました。 くわしくは１番さんのお礼欄に書きましたので 恐縮ながらご一読いただけますと幸甚です。 それをお読みいただいても、ご回答は 変わりませんでしょうか？ よろしくお願いいたします。 > 部屋Ｂには、水が6トンも入っていないではないか、とお考えかも > しれませんが、圧力というものはそういう性質です。 たいへんに失礼ながら「ウソだろ」と思いつつも 調べれば調べるほど、そういうものみたいですね。 ショックが隠しきれない^^ なにか私ってば、世の中のことをまるで知らずに ぼけ――っと生きてきたのではないかという 激しい焦りを感じはじめました。 悲しい。
補足
ご回答ありがとうございました。 １番さんにも書きましたが どうも最近、腰の調子が良くないようで また抜けてしまいました。 少し養生のうえ、考えをまとめ あらためてコメントなり疑問点なりを 記したいと思いますので よろしくお願いいたします。
- okormazd
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「この扉を開くには、通常では力が必要ない」 ＝扉の質量は0、摩擦力も0ということ。 水圧は扉に垂直にかかるのだから、横方向の開閉には関係ない。 したがって、水圧がかかっても、 「この扉を開くには、力は必要」ありません。 物理でいえば以上です。
お礼
あらためまして、ご回答ありがとうございました。 ご回答に「うえ"え"っ」と驚き、しばし考え、 調べたりもした結果、私の質問のしかたが 著しく幼稚だったのかなとの思いに至りました。 私の意図していたことは以下のようなことなのですが このように質問を変えても、ご回答は同じに なりますでしょうか？ > この扉を開くには、通常では力が必要ないとします。 摩擦とか、必要なエネルギーはすべて考えるとします。 ただし、この扉を、水が入っていない状態で開くのに 必要な力がいくらかあるとしても、それを０とします。 これは摩擦とか、必要なエネルギーがゼロという意味ではなく、 要は、水が入ることによって「さらに」必要となる力が どれぐらいのものかという概数を知りたいということです。 ちなみに、摩擦係数とか、必要になってくるのでしょうか？ 普通の鉄製のドアを考えているのですが……。 数値は「このぐらい」といった大ざっぱなもので十分です。 > 密閉された「部屋A」（添付画像・左）があるとします これはあまり深くは考えていませんでした。 単に「水が漏れない」部屋であるという意味です。 時間があいて恐縮ですが、ご教示いただけますと幸甚です。
補足
ご回答ありがとうございました。 実はまた腰を抜かしてしまって、 まだ立ち上がることができていません。 まず立ち上がったうえで、 自分との折り合いをなんとかつけ、 あらためてコメントなり疑問点なりを 記したいと思います。 よろしくお願いいたします。
お礼
重ねてのご回答、ありがとうございました。 PCトラブルがあり、お礼が遅れましてたいへんに 申し訳がございませんでした。 今回の質問では、並行して調べてもいたのですが、 ご回答ともども、驚くことが多く、人生観が変わりました^^ いや、大げさでなく、「ほんとかよ？」との思いは かなりの焦りを産みます。 コレとか、とうてい理解できない。 http://news.2chblog.jp/archives/51765758.html ３番さんのお礼欄にも書きましたが、 高校物理の参考書とか買ってみようかな、とか。 また見かけましたら、よろしくお願いいたします。 ご親切、ありがとうございました。