気圧

質問

質問させてください。

問　コップを地上においてその位置からストローを使ってジュース飲む。
　　地上の位置からＡ君は2m Ｂ君は8m　Ｃ君は12mの位置からストローをつ
　　かってジュースを飲めるのはだれか？ただし、ストローの管の面積は（1cm^3）とし、地上の気圧を１気圧として考えなさい。ただし、１気圧は（1cm^2）の面積に1(kg)の力で押した圧力と、ほぼ等しいと考える。

この問題ですが、どのように考えたらいいのですか？
教えてください。

回答No.3

BlurFiltan · ベストアンサー

ストローで吸う力が強大であったとしても，
口の中やストローの中を真空までにしかできません。
真空にするということは，
口の中やストローの中を0気圧にするということです。
(実際にはそこまで吸うことは不可能ですが。)

というわけで，私でしたら 【下の図】↓ のように考えます。

回答No.2

sanori

こんばんは。

＞＞＞どのように考えたらいいのですか？

この世には「押す力」はあるが「吸う力」はない、と考えます。

まず、
コップの中に水（ジュース）がある状態では、水面は上から１気圧の力で押されています。

次に、ストローをただ差して放っておくと、
ストローの外の水面もストローの中の水面も同じ高さになります。
これは、ストローの外の水面もストローの中の水面も、上から同じく１気圧の力で押されていて、
水中での水の“押し合いっこ”が引き分けの状態になっているからです。

次に、ストローを口で「吸う」と、ストローの中の気圧が１気圧より小さくなります。
ただし、「吸う」というのは、何ら力を加えない動作であることに注意してください。
すると、ストローの中のほうが外よりも水面が高くなります。
これは、ストローの中の空気が中の水面を押す力よりも、外の空気が外の水面を押す力のほうが大きくなるからです。

ストローの中の空気の圧力の下限は、言うまでもなく０気圧です。
マイナスの圧力などというものはないからです。
ということは、
ストローの中と外とで最も水面の高さの差を大きくできる限界は、ストローの中が０気圧、外が１気圧のときです。

１気圧というのは、だいたい１０００ｈＰａ（ヘクトパスカル）です。
１０００　ｈＰａ　＝　１０万　Ｐａ　＝　１０万　Ｎ／ｍ^2
（重さに換算）
　＝　１０万÷ｇ　ｋｇｆ／ｍ^2　≒　１０万　÷　１０　ｋｇｆ／ｍ^2
　＝　１万　ｋｇｆ／ｍ^2
（水の高さに換算）
　＝　１０トン／ｍ^2
　＝　水１０ｍ^3／ｍ^2
　＝　水１０メートル

ということで、
ストローの内外での高さの差の上限は、１０メートルです。
（Ｃ君は飲めない）

あとは、ストロー管の断面積を加味して考え、現実的にＢ君やＡ君が飲めるかどうかを考えることになるかと思います。

ご参考になりましたら幸いです。

回答No.1

gohtraw

ストローでジュースを吸ったときになぜ飲めるかというと、
（１）コップの液面は一気圧で押されている
（２）ストローの空間部は（吸っているので）減圧になっている
この圧力差によってストロー側の液面が上がり（つまりジュースがストローの中を上がってくる）、口に入ってくるわけです。
　口が高いところにあればあるほど強く吸う（つまり上記（２）の圧力を下げる）必要がある訳ですが、それには限界があります。ゼロ気圧より低い圧力にはなりません。従って上記の圧力差は１ｋｇ／ｃｍ２が上限となります。これは液面の高さにしてどれだけでしょう？
　ここまで書いて気づいたのですが、ジュースの密度は１ｇ／ｃｍ３でいいのかな？
　さらに細かいことをいえば、（２）の圧力を下げていくと真空になる前にジュースが沸騰すると思うのだが、それは考慮外でいいのかな？ジュースの温度も、蒸気圧も与えられていないので考慮のしようもないのですが・・・。