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ホースの先をつまむと勢いよく水が飛び出します。しかし、少しでも手前をつまむと途端に勢いが落ちてしまいます。

この原因はなんでしょうか?

N-S方程式でもなんでも構いませんので理論的にお願いします。

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●質問者: NYO
●カテゴリ:科学・統計資料 生活
✍キーワード:ホース 方程式 理論
○ 状態 :終了
└ 回答数 : 4/4件

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1 ● kakakaya
●15ポイント

ホースの先をつまむ:出る面積が小さくなる→圧力が大きくなる

=飛ぶ

手前をつかむ:途中で水が通る面積が減る→量が減る

=飛ばない&安定しない

◎質問者からの返答

もっと理論的にお願いします。


2 ● ita
●23ポイント

流量=断面積×流速だから一旦面積が減って流速が速くなっても

また面積が大きくなれば遅くなっても構わないわけですが、

そのままでもいいわけですね。なぜ遅くなるかといえば

ホースに接している部分で水が抵抗を受けるからでしょう。

実際普通に流れているときも流速は外側で遅く、

中心近くは速いはずです。

◎質問者からの返答

回答1より的を射てますね!

そうです、一旦流速が上がったあとに、

『ホース内を満たすように流れるのであれば』

流速は落ちるはずです。

しかし、ホースの先端から少しでも手前をつまむとすぐに流れが乱れてゴボゴボしてしまいます。

ホース壁面で抵抗を受けるというだけで、

あれだけ流速が落ちる要因にはならないと思うのですが。。。


3 ● co_met
●30ポイント

途中をつかむことを考えます。

足か何かで思い切りつぶして水の通り道を遮断します。そうすると、たいてい蛇口の部分からホースが外れます。

それより弱めにつぶしてみます。ホースがはずれないぎりぎりの状態であれば、ホースは膨らんでいるはずです。つまり、逆流部分と定常流を合わせた水量が蛇口側にあります。一方、出口側は逆流している分だけ量が少なくなっています。つまり、ちょろちょろとしか流れません。なお、つぶした場所付近では乱流が生じています。

これがもし正しければ、漏斗的にしぼった形状(逆流が起きないような形状)を部分的に持つ固い管をホース代りに使えば、ちょろちょろにならないはずです。

つまんだ箇所から離れていれば乱流はなく定常流になっていると考えることができるので、流速は水量と出口の断面積で一意に決まります。

逆流が水量を流速を小さくする原因と考えられます。

一方、出口でつかむことを考えます。

出口で完全につぶします。ホースがはずれます。

それより弱めにつぶしてみます。勢いよく飛んでいきます。さきほどと同じ考察から逆流が生じています。しかし、水量が減っても断面積が減っているので勢いよく飛びます。

出口より少し離れたところをつまみます。

そうするとつまみ付近の構造により生じた乱流がつまみより先端側に生じており、これは本来出口方向に向かうはずだった水の運動量が乱流により他の方向の成分を持っていることを意味しています。つまり、先端付近での乱流により先端方向の速度ベクトルが小さくなり、流速は遅くなります。出口つまみの場合はその先に水がなく乱流も起きないのでこのようなことは起きません。

一言でまとめると、逆流と乱流が原因かなと推測します。


4 ● hiroaki-n
●22ポイント

流量が一定の場合、

流速が速くなると圧力が下がり、

反対に圧力が上がると流速が遅くなります。

つまり、ホースの先をつまんでいる時は(断面積:小)流速が速くなり、勢いよく水が飛び出します。

反対に、それ以外の時は(断面積:大)流速が遅くなり、水が飛ばなくなります。

ベルヌーイの定理

http://www2.cc.oshima-k.ac.jp/~sumida/berunuuinosetumei.htm

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99%E3%83%AB%E3%83%8C%E3%83%B...

◎質問者からの返答

回答2にもありますが、

『つまんだ先のホース内を満たすように流れる』のであれば、

ベルヌーイの定理に従い当然流速は落ちます。


しかし、

つまんだ先も断面積増加にともないホース内を満たすように流れるとは限りません。

実際、つまみ方にもよりますが、ホース内を満たすようには流れていません。


ホースの先端付近と手前1mでは事象は異なります。


それでもやはり、断面積増加による失速ということでしょうか?


ホースから飛び出した水は断面積増加(ある意味無限大)によって、めちゃ失速することになりますよね。

運動量とか拘束条件次第でw

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