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ティンクル☆ブログ

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水槽に異変

Posted by h2 at Feb 17, 2011 11:40 PM |
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本日、またじーちゃん琉金がひっくり返った。 ちなみに、水温は16℃。ヒーター導入したんだから、当然だが。 問題は、ほかの二匹(東錦と桜東)も、どことなく元気がなくなっていた点だ。

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サイフォンの原理と大気圧・その3

Posted by h2 at Feb 16, 2011 12:15 AM |
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サイフォンの原理については別記事を、前回までの記事はその1その2をご覧下さい。

 

「サイフォンの原理と大気圧とは無関係なんだよ」と解説を試みてみよう、その3。


サイフォンの原理を説明する際に、大気圧は無関係であることを述べてきたわけだ。だが、大気圧がなくてもサイフォンの原理が発動するのかというと、さにあらず。それでは、大気圧は、サイフォンの原理で、どのような役回りを演じているのだろうか。


そのあたりを解明する前に、ここでひとつ、サイフォンの原理が発動するために必要な条件をまとめてみよう。

  1. 適度な重力
  2. 丈夫で適度な太さのホース(パイプでも可)
  3. 一定以上の滑らかな流動性と表面張力を持つ液体
  4. 大気圧

そのほかに、液体を溜めておくための容器だとか、サイフォンの原理を観測するに足る量の液体だとかあるが、このあたりは省略しても良いだろう。


では、順に見てみよう。


1.の重力について。

無重力あるいは低重力下では、サイフォンの原理は発動しない。ある程度以上の重力が必要となるわけだが、これについては別記事で解説しているので、ここでは割愛。


2.のホースについて。

まず、ホースが丈夫である条件についてだが。もし、ホースがペラペラのポリ袋のような材質だとしたら、どうなるだろうか。試してみると、

潰れたホース

このように、ホースがぺちゃんこに潰れてしまい、水は流れなくなる。つまり、サイフォンの原理において、「丈夫なホース」は必要不可欠な条件、というわけだ。

では、ホースの太さについては、と言うと、これについては次項の「液体の流動性」と絡む問題なので、次で。


3.の滑らかな流動性と表面張力を持つ液体について。

一般的に、サイフォンの原理を観測する時は水を使うわけだが、本来、サイフォンの原理とは、「液体全般」を対象にしている原理だ。では、試しに「水飴」のような、ドロドロでデロンデロンな液体を使ったとしたら、どうなるだろうか。結論から言うと、サイフォンの原理は発動しない。液体の流れは、

サイフォンに空気混入

このようになる。液体の流動性が悪いために、ホース内での液体の流量が不十分になり、ホースの端から赤い矢印で示したような経路で空気が混入してしまうのだ。こうなってしまうと、ホース内の液体が、混入した空気で分断されてしまい、液体の流れが寸断されてしまう。

この現象は、液体の流量に対してホースの径が太すぎた場合や、液体の表面張力が不十分でホースの口から容易に空気が混入してしまうような場合でも発生する。


4.の大気圧について。

大気圧がなくなると、どうなるかというと、

ホース内の負圧#3

こうなる。前回提示した図だが、灰色の部分が真空であるものとする。別記事の解説で、「サイフォンの原理とは、落下する水の綱引き」であると喩えたのを思い出して欲しい。ここで大気圧がなくなってしまうと、水同士の綱引きが成立しなくなるのだ。つまり、

ホース内の水の動き#3

このような状態で、赤い金魚と黒い金魚が互いに別方向に落下したとしても、その間が真空となってしまい、綱引きが成立しなくなってしまうのだ。



さてさてさて。以上をざっと見回してみると、2,3,4の条件について、演じている役割が見えてきたと思う。

これらの条件は、水同士が綱引きをする過程で、綱が切れないようにするための条件となっているのだ。

翻って、1の重力は、というと、これは実際に綱引きをする力となっている点に注目。これが、原理の原理たる所以だったりする。


まだよくわからない場合は、それぞれの条件を「原理」だとした解説文を妄想してみると良いだろう。

2について、「サイフォンの原理とは、丈夫なホースによって説明される」。

3について、「サイフォンの原理とは、適度な流動性と表面張力によって説明される」。

これらの解説は、いかにも奇妙に聞こえる。だが、サイフォンの原理が発動する上で、いずれも必要な条件であり、そして演じている役割としては、大気圧と同じなのだ。

というわけで、

4について、「サイフォンの原理とは、大気圧によって説明される」。

についても、内容としては2,3と変わらない文章、ということになる。


 

サイフォンの原理と大気圧・その2

Posted by h2 at Feb 04, 2011 01:40 AM |
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サイフォンの原理については別記事に、前回の記事はその1をご覧下さい。

 

というわけで、「サイフォンの原理と大気圧とは無関係なんだよ」と解説を試みてみよう、その2。

 

圧力に関する誤解で、「ホース内の負圧がバケツの水を吸い上げるために」サイフォンの原理がおこる、というのがあった。

いかにもそれっぽく聞こえる解説だし、「負圧」なんて、それっぽい単語も出ていたりしている。負圧というのは、圧力が低くなった方に水が吸い寄せられる(吸い上げられる)現象のことを言っているのだろう。そう考えると、この誤解が、「ストローを吸うと水が上がってくる」ことや、「サイフォンの原理を発動させるのにホースの端から空気を吸い込んで呼び水をする」作業から生まれたのではなかろうかと思われる。

 

では、本当にそうなのかを検証。わかりやすいように、ホースのど真ん中に、負圧の最終形態「真空」を作ってみることにする。

ホース内の負圧#1

上図の中で、灰色にした部分が真空状態だとしよう。

「ホース内の負圧がバケツの水を吸い上げる」というのは、この真空状態の部分に水が引き寄せられる、と言う意味だとすると、

ホース内の負圧#2

こんなイメージか。

 

「真空(灰色の部分)による負圧で、水面が矢印aの方向に引き寄せられる」。実際の実験をした場合でも、確かに水面は矢印aの方向に移動する。

一見正しそうなのだが、この説明は正確ではない。水面が移動するのは事実だが、真空が水を引き寄せているわけではない、という点に注意

試しに、ホースの外も全て真空にしてしまったときのことを想像してみよう。

ホース内の負圧#3

こうしてしまうと、もはや「負圧」なるものは発生しない。つまり、水面は吸い上げられなくなる

 

さて、そうなると、負圧なるものの正体が、おぼろげに見えてきたと思う。つまり、水面が矢印aの方向に動くのは、

ホース内の負圧#4

大気圧Aがバケツの水面を押しているからだ。

 

というわけで、負圧と称しているものは、大気圧と同じものである、と言うことになる。

さてさて。ここで、「じゃあ、やっぱりサイフォンの原理は大気圧じゃないか」と短絡しないように。

 

思い出してみよう。

 

確かに大気圧は、水面をAの方向に押しているが、

大気圧の関係

ホース内の水面も同じ力でBの方向に押しているのだ。

 

・・・ということは、とどのつまりが、

ホース内の負圧#5

ホースの外側にある水は、大気圧Bによって、矢印bの方向に引き寄せられているわけだ。

 

そして、大気圧A大気圧Bは等しい(A=B)。よって、水の重さを無視した場合(水の重さを勘定したければ、それが重力によるものであることを認めるしかない)、負圧と称する矢印a矢印bの力もまた、パスカルの原理により等しくなる(a=b)。バケツの水は矢印aの力で吸い上げられるが、同じ大きさの力で、ホース出口側の水も矢印bの力で吸い戻されていることになるわけだ。

とどのつまりが。

プラス・マイナス・ゼロ

 

というわけで、やはり水は永久に流れない。 

つまり、サイフォンの原理と大気圧は無関係である、ということだ。

 

閑話休題。

 

前回、今回と、「大気圧は無関係」と書いているが、ここで誤解無きように記しておくと。

「大気圧が存在しないと、サイフォンの原理は発動しない」のは事実だ。

単に、サイフォンの原理の解説として大気圧を用いるのは不適切である、と言っているわけなのだが。

この「必要な条件」と「原理」を混同してしまっている人も多いようだ。

このあたりの話については、また後日。

 

 

サイフォンの原理と大気圧・その1

Posted by h2 at Feb 03, 2011 03:55 AM |
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関連記事を書いていて気になったのだが。

 

ネタ集めにネットをウロウロしたところ、所々で、サイフォンの原理を、大気圧を使って説明しようとしている記事があったりした。なんでだろうと思ったら、どうやらかなり昔に、それなりの学術書で間違えて解説したことがあって、それ以来蔓延している誤解らしい。あとは、コーヒーを入れるときのサイフォンと混同していたりとか(こちらは蒸気圧を使用しているが、名前が同じだけでサイフォンの原理とはまるで関係のない器具)。

 

というわけで、「サイフォンの原理と大気圧とは無関係なんだよ」と解説を試みてみよう、その1。

 

大気圧とは無関係であることを証明するために、サイフォンのホースを、ぐるりとひっくり返した仕掛けを考えてみよう。

逆サイフォン・その1

こんな感じ。

 

さて、ここで注目。このときに、水面Aと水面Bの高さは、どうなるだろうか。

結論から言うと、水面Aと水面Bの高さは釣り合う

もし釣り合わないとすると、この仕掛けを組み合わせることにより、

逆サイフォン・その2

水が勝手に高い方へ移動する装置が出来上がることになる

 

・・・そんなアホなことはあり得ないわけで。

というわけで、この装置で、水面Aと水面Bの高さは等しく釣り合う、ということは納得できると思う。

これは、パスカルの原理により説明される。水面Aと水面Bに掛かる大気圧が、単位面積あたりで等しいから釣り合うわけだ。

 

そうすると。もし大気圧だけを考えた場合、この装置のU字ホース部分を上下ひっくり返したとしても、やはり水面Aと水面Bは釣り合うことになってしまう。ホースをひっくり返したからといって、水面に掛かる大気圧が変化するわけがないからだ。

つまり。

水は永久に流れない。

とうことになる。

 

というわけで、サイフォンの原理で水が流れるのは、大気圧以外の理由による、という結論になるわけだ。

金魚給餌のつづき

Posted by h2 at Jan 28, 2011 12:25 AM |
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本日の金魚。全員恙無く餌探し中。ひっくり返っていた琉金も、まったく問題は見られない。よしよし。 というわけで、どうやら水温16℃化は、無事完了。以後は、一日一度の給餌と二週に一度の換水で、この冬は乗り切れそうだ。

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給餌再開

Posted by h2 at Jan 27, 2011 01:25 AM |
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ヒーター導入後、ちびりちびりと温度を上げて、ようやく16度に到達。 途中、東錦が少し元気を無くしてしまったので、かなりゆっくり目に温度を上げていったために、予定よりも遅れてしまったのだ。

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ヒーター導入顛末

Posted by h2 at Jan 22, 2011 11:35 PM |
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昨々日の夜。そろそろ寝ようと、部屋の電気を消そうとしたところ。

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赤虫ぱくぱく

Posted by h2 at Dec 04, 2010 12:35 AM |
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集中豪雨に、師走で20度越えの気温。巫山戯た天気だ、まったく。異常気象も、ここに極まれり。 おかげで金魚どもも、少し元気がない。 こういうときは、多少精が付くものをあげよう。というわけで、冷凍赤虫登場。

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濾過装置メンテ完了

Posted by h2 at Nov 14, 2010 09:30 PM |
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予定から約二週間ほど遅れてしまったが、濾過装置のウール交換を完了した。 まあ、換水とは違い、ウールの交換は遅くなったからといっても、悪影響があるわけではないので良いのだけど。

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濾過ウールいまだに交換未了

Posted by h2 at Nov 06, 2010 11:50 PM |
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予定では先週末には終わらせるつもりだった、濾過槽のウール交換だが。 じつは、いまだ完了していない。 それどころから、今週末またしても所用にて時間を食われているために、交換の目処も立っていない。

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仕切り撤去

Posted by h2 at Oct 26, 2010 12:15 AM |
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金魚ネタ。現在、水槽の水温は19℃。水温の安定とともに、金魚の動きも大分マッタリしてきた。

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絶食解除

Posted by h2 at Oct 01, 2010 01:55 AM |
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大掃除を挟んでの絶食が、ぼちぼち一週間。水面の泡立ちもほとんど無くなり、水も綺麗に透明になってきた。

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大掃除

Posted by h2 at Sep 26, 2010 10:40 PM |
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数日前のこと。再び水槽の水位が急減した。まさかと思いつつ、濾過槽を確認してみると・・・

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追尾

Posted by h2 at Sep 07, 2010 04:15 AM |
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仕事が佳境を迎えていて、個人的な時間が取れない。諸々停滞中なのが悔しい。 神様、時間をプリ〜ズ。

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濾過槽が・・・

Posted by h2 at Aug 21, 2010 11:05 PM |
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久しぶりの金魚ネタ。 猛暑で、水温も34℃などという値を示しているながらも、金魚どもは、全員恙無く餌探しに勤しんでいたこの頃。 なにしろ水温が水温なので、平年よりも多めの換水をしているのだが。本日の換水で、なんと、上面濾過の濾過槽が詰まっていることが発覚。

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はやけたその後

Posted by h2 at Jul 25, 2010 03:05 PM |
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減った。予想通りというか、2匹まで減ってしまった。

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はやけた

Posted by h2 at Jul 17, 2010 06:20 PM |
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先週のこと。実家の金魚水槽(睡蓮鉢だけど)の水替えついでに、若干の塵掃除をした。 そのとき、水槽にぶら下がっていたメッシュの籠を、とあるバケツでジャバジャバとすすいだのだが。 そのとき、なんとなくバケツの水を捨てずに、そのままにしておいたのだ。 そして今週。実家に来てみると、母から言われた。「なんか居るんだけど?」 ・・・なんか居る?

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金魚の追尾

Posted by h2 at May 07, 2010 12:50 AM |
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連休初日の5/1あたりから、ぼちぼち金魚の追いかけっこが始まりました。いわゆる繁殖行動ですな。去年は四月の中旬ぐらいから追いかけ始めていたが、今年は天候不順の影響か、五月に入ってようやく。桜東(メス)に対して、東錦(オス)と琉金(オス)がアタック中。

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白点

Posted by h2 at Mar 27, 2010 02:50 PM |
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出てきましたよ。まったくもう。なにかというと、春先などによく出てくる金魚の病気。

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飼育中の金魚 その2

Posted by h2 at Feb 27, 2010 11:40 PM |
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