[雑談・Story41] 連日の猛暑で屋根にスプリンクラーを取り付けてみた 日
3. 2018年7月19日 08:58:54 : 9s6XhhGjgs : Z8li0dreIVo[1]
自然を利用して水を高みから流すにはサイホンの原理か。幼いとき親父と風呂に入った時教えられてよくやりました。気圧の変化で水が押し出されますね。夏休み間近の子どもの研究素材として最適かと。何かの参考になれば。
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自然の力で水が移動する仕組み（サイホンの原理）とは

サイホンとは、ギリシャ語でチューブ、管という意味があります。
チューブやホースが水で満たされていると、水面に高低差があっても、
水面の高い水槽の水を、水面の低い水面の水槽に移すことができます。このとき、
水は高い方の水面より高くにまで上がって移動するという
わけです。このような原理をサイホンと呼んで、人類は昔
から利用してきました。
さてそれでは、どうして水は高い方の水面より高くにま
で上がっても途中で戻ってこないで、低い方の水面に移さ
れるのでしょうか？　ホースのなかの水を1本のつながっ
た鎖と考えてみましょう。
このとき、ホースのなかの水も鎖もしっかりとつながっ
ていて途切れていなことが重要です。鎖の 1 番高いとこ
ろで左右に分けて考えると、右側の部分のほうが左側の部
分よりも重いので、鎖は全体として、右側に落ちていきま
す。このとき左側の鎖はいったん、上に引き上げられ、右
側に落ちていくわけです。ホースの中の水も同様です。

不思議な水の大冒険！

〜水圧と大気圧〜
?ある高いところにある水を、人力などを使わないで、その水面より高いところを越えて、
　低いところに移す方法ってあるかな？
・高い壁を乗り越えて水を移せるとして、どれくらいの高さまで乗り越えることができる
　んだろうか？
　　
　１本のホースで水槽の水を移し替えることができます。自然の
力を使えば、水をくみ上げるポンプなどは必要ありません。水に
はどのような力が働き、ホースの中の水はどう動いているので
しょうか？　簡単な実験を通して、水が移動する仕組み（サイホ
ンの原理）を見ていきます。

ベーシックサイエンス
18 不思議な水の大冒険！　〜水圧と大気圧〜

水の高さが約 10m を超えない理由は？
水面は上から下に、大気圧でおされています。水面がへこ
まず水平なのは、水の中からも水面を上向きに同じ大きさで
おし返しているからです。

※「おされる」「おしかえす」は、科学では「圧する」「圧し返す」ともいいます。
10m の水が上にあがっているパイプの内側では、パイプ
のなかの水が、水面と同じ高さの面に下向きの圧力がかかっ
ています。パイプのなかの水が、パイプからこぼれださない
のは、水面と同じ高さ面を、そのパイプから受ける圧力と同
じ大きさの圧力でささえているからですが、その圧力の大き
さは、まさに、その両横と同じ大きさの圧力です。
というわけで、パイプのなかの水の最高の高さは、1 気圧分
しかありません。
その 1 気圧分がほぼ 10m ということになります。大型台
風のとき、海面が上昇するのは、1 気圧よりも低いからです。パイプのなかの水の高さも
10m よりも低くなります。

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世界最大の木の高さは100メートル以上あります。30階建てのビルの高さですが、木は根から吸い上げた水を電気もポンプも使わずに木のてっぺんまで送り届けることができます。

その秘密は、根が水を押し上げる力と、葉が水を吸い上げる力、その間の幹の中にある導管という管が水を切れ目なく運ぶ仕組みにあります。

大気圧力によって、真空管内で水を上昇させるのは10メートルが限度で、毛管現象によって上昇する液体の高さはほんのわずかです。モーターを使って100メートル以上も水を引き上げるのに必要な電力と比較すると、樹木がエネルギーをほとんど使わずに水を吸い上げる仕組みは驚異的と言えます。

根が水を押し上げる力（根圧）や葉が水を吸い上げる力（蒸散力）は、根や葉を構成する細胞の浸透圧によります。また、導管の中を水が切れ目なく吸い上げられるためには水の表面張力が重要です。途中に気泡が一つでも入ると、水の柱が切れてしまいます。

これを避けるように、導管は上から下までまっすぐ一本に貫通しているのではなく、太いのや細いのが絡み合ってジグザグの複雑な構造になっています。特に凍結による溶存ガスの気泡化が生じやすい寒冷地の針葉樹にはこうした複雑な導管構造が観察されます。
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http://www.asyura2.com/14/idletalk41/msg/606.html#c3