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洗面器を伏せて、お風呂の水の中につけ、空気を抜き、そのまま上げると、水面上まで水が持ち上がり、洗面器の中に「水のプリン」ができますが、なぜでしょうか? 小学2年生に聞かれて困っています。
●なぜ、この現象が起きるのか? どういう原理なのか? 大人のレベルで教えてください。
●それを小学2年生レベルでもわかるように説明するには、どうしたらいいか教えてください。
●どういった分野の本を読めば、こういう現象が理解できるのでしょうか? 参考書を教えてください。小学生向けがあれば、ぜひ。
どうかよろしくお願いいたします。

●質問者: かえる
●カテゴリ:学習・教育 科学・統計資料
✍キーワード:けが プリン レベル 原理 参考書
○ 状態 :終了
└ 回答数 : 6/6件

▽最新の回答へ

1 ● Gay_Yahng
●20ポイント

圧力の問題です。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B5%E3%82%A4%E3%83%95%E3%82%A...

サイフォンの原理の一種かな?

普段は気になりませんが私達の周りにある空気には圧力があります。お風呂の水には上から空気の圧力がかかっています。今回のように水面より高く水が上がったときに、上がった分の水は重力にひかれて下に落ちようとしますがお風呂の上の空気は水面を押しています。重力で落ちよとする水を支えるほど空気の圧力が強いのですね。

小学生のお子さんには空気の圧力が強いんだよと説明してみたらどうでしょう?

学問的に理解するなら「ベルヌーイの定理」を勉強と言うことになると思います。

◎質問者からの返答

ありがとうございます。水面から持ち上げようとするときに、抵抗を感じるのは、洗面器内の水が重力でひっぱられているということですか、なるほど。空気の圧力をわからせる実験をしてみて、見せるしかないですね。


2 ● type9
●20ポイント

理屈としてはお風呂の水面に大気圧(気体の質量)がかかっていて、

水のプリンと言われる部分は大気圧の影響がないからです。

洗面器を伏せてそのままゆっくりお風呂に沈めると、

洗面器の中に空気がたまったまま(空気のプリン?)になるのと理屈は一緒です。

(小学2年生に理解できるかどうかわかりませんが、

子供に教えるときは図に書くとわかりやすいです)


洗面器程度ではあまり影響がありませんが、

その高さが高くなると、プリン部分中の水の重さと風呂の水面にかかっている

大気圧とがバランスをとるために真空状態になるはずです。(何十メートル必要です)

いつの時点かは忘れてしまいましたが、

学校(中学か高校だったかな)で、教わった記憶があります。

(「重量(重さ)」と「質量」の違いを習うあたり)

分野としては理科とか物理なのですが、

たまに教育系のテレビでもやっていたりします(だいぶ前の平成教育委員会かな?)。

本として探すとなると、ちょっとした雑学系のようが気がします。


http://okwave.jp/qa1752195.html

気圧とは、

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%97%E5%9C%A7

◎質問者からの返答

ありがとうございます。そうか、真空にならないような力が働くんですね。リンク先にあった「凝集力」って言葉が気になります。


3 ● hkrhr1
●20ポイント

おっしゃるように、洗面器の中に吊り上げられた水は、必死に下に落ちようとします。しかし、もし落ちてしまうとその落ちた分だけ洗面器のなかに<真空>が出来てしまいます。宇宙は、極希薄な気体成分しかなく真空ですが、地球上では真空状態を作るのは容易ではありません。そうです、洗面器の中に真空状態が出来ないのです。そうした真空状態に近い気圧の低い空間が出来ると必ず水や空気が入り込み真空状態では無くす動きをします。ですから洗面器の中の水は持ち上がったままになるのです。

透明なビンで実験してみると良いでしょう。ビンいっぱいに水を入れて、お風呂の水の中で逆さまにして持ち上げてみると、ビンの中に水が入ったままで吊り上ってきます。さらに吊り上げ、ビンの口から少し空気を入れてみましょう。空気がビンの中に入ります。その分だけビンの中の水が減ります。

以上のように、地球上では、気圧と言う圧力がかかっているため、真空状態になろうとする空間は周りから大きな圧力を受け、それに対抗する力が無い場合には、周りから圧力を押し付けられる事になり、真空状態を作れないのです。と言うか、そうした状態を気圧と言います。

◎質問者からの返答

ありがとうございます。昨日の夜、「透明な洗面器を買ってみて、調べてみようか」と話していました。ビンで試してみますね。気圧と重力いう目に見えない力を理解させるような方法を考えないとな。


4 ● morimo7371207
●20ポイント

地球の空気がお風呂の水面を押さえつける力で水が洗面器から落ちてきません。水(湯)でやれば10mぐらいの高さのプリンを作ることも可能です。(そんなでかい洗面器はないですね)

昔,トリチェリーという人が水銀で実験しています。水銀は水より重い(密度が大きい)ので70?80cmぐらいのプリンしかできません。

実験室で実験する場合次のような方法があります。

http://web.kyoto-inet.or.jp/people/sugicom/kazuo/neta/tigaku1.ht...

◎質問者からの返答

ありがとうございます。リンク先の実験は、何かで見たことがあります。どこかの博物館に水銀の柱があったのは、そういう理由だったんですね。10メートルということですが、洗面器の径の大きさは関係ないんでしょうか? 細いビンというか、管に蓋をしたみたいなものの方が、高く上がるのかなぁ。疑問がもっと増えてきました。実験のしがいがありそうですね。


5 ● kei2007
●20ポイント

皆さんがいろいろと書かれているので、私は以下の疑問に対して。

>10メートルということですが、洗面器の径の大きさは関係ないんでしょうか? 細いビンというか、管に蓋をしたみたいなものの方が、高く上がるのかなぁ。疑問がもっと増えてきました。実験のしがいがありそうですね。


なぜ10メートルかについて説明したいと思います。

10メートルという高さは、大気圧と水が釣り合っている高さです。

ご存じのように大気圧は1気圧です。これは、1cm2あたり約1kgの重さがかかっている状態です。

1cm2あたり約1kgの重さをかけるためには、水を1000cm積み上げる必要があります。つまり、10mの高さの水が1気圧に相当します。

これが、水銀の場合、水銀は水よりも比重が大きいので、約76cmになります。

◎質問者からの返答

ありがとうございます。type9さんが書いた「何十メートル必要」というのは、つまり、10メートル以上になると、真空でつりあいをとるということでしょうか。


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