なぜ真空はつぶせないか？

質問

たとえば空気とよばれるものには、
酸素や二酸化炭素、水素などの気体
微細ながら存在する水蒸気などが浮いていると思います。
それらをとっぱらったのが「真空（絶対真空）」ということですが、
この絶対真空を、ある入れ物の中に作ったとして、
それを圧縮できないのはなぜでしょうか？

真空の中では抵抗は0になるため、
鳥の羽、鉄でも同速度で落下するのは分かります。

その真空を外部から圧力をかけてつぶそうとしても
潰れないのがなぜか分かりません。
それとも潰れることはできるが、
あえて人工的に潰されないようにしているのでしょうか？

回答No.1

mpascal · ベストアンサー

「つぶれない」というのは、具体的にどのような現象でしょうか？

一般的には、添付図の様な一般的な真空スペースは潰れます。

図示の様に、筒の厚さが薄い場合には、内部が真空になると、円筒が大気圧によって縮められ、機械的に動かなくなる可能性はゼロではありません。

お礼

了解です。わかりました。

回答No.15

reflector

どちらの真空でしょうか？

１、限られた空間から不純物を強制的に抜き取ったもの。
２、宇宙空間。

２番目は、注射器に空気を入れた状態と互換性がある。

そもそも真空の定義が間違っているため、妄想でも答えられない。

以上。

回答No.14

htms42

＞この絶対真空を、ある入れ物の中に作ったとして、
それを圧縮できないのはなぜでしょうか？

なぜ圧縮できないと考えたのですか。
鳥の羽の運動を見ることができるような状態を実現しようと思えばピストンを押すのではなくて引かなくてはいけないはずです。

＞その真空を外部から圧力をかけてつぶそうとしても
潰れないのがなぜか分かりません。

外部から圧力をかけてつぶそうとわざわざしなくても 普通の状態で図のような場面を作れば勝手にピストンは内部に引き込まれて空間はつぶれてしまうのです。

あなたのつもりとしてはつぶれてしまうとかつぶれてしまわないかという言葉の主語は「内部の空間」ではなくて「容器」なんですね。あなたは容器がつぶれないということを真空はつぶれないと表現しているのです。鳥の羽が落下できるような空間がなぜ存在することができるのか、何もない空間がつぶれないのはどうしてかということです。そうであればつぶれないような強度を持った容器を使っているからです。力は外からかかっています。うちら側から引いているのではありません。丈夫な容器です。外からの力に耐えることのできる強度を持っている容器です。
ところが動くことのできるピストンの絵を描いて「圧縮できないのはなぜか」としていますのでつぶれない理由を容器のせいではなくて内部の真空の性質であると読み替えなければいけない状況を作ってしまったのです。

前半の文章と後半の文章の内容が食い違っています。

回答No.13

htms42

＃９です。
ちょっとわかりにくい文章を書いてしまいました。
＃１１様に誤解を与えたようです。

＞気体は何もない空間に気体分子が「浮いている」状態だと考えています。

これは質問者様が気体をこういう風に考えていることになるのではないかという意味でした。「浮いている」という言葉を使って気体を表現していることを言い直したのです。
後ろの文章で「浮いている」というとらえ方をするとおかしくなる、真空が空間を支えているのではない、気体粒子が動き回っていることで空間が維持されているのだ　と書いたのですが。

＃１１　
ボルツマン分布を出して来て気体粒子の鉛直分布を考えるというのは方向違いです。
気体粒子の熱運動によって圧力が生じる（空間が維持されている）というのが先にあります。均一な分布というのもそこからの帰結です。重力の影響で鉛直方向に濃度勾配ができるというのは別の話です。

質問文
＞その真空を外部から圧力をかけてつぶそうとしても
　潰れないのがなぜか分かりません。
　それとも潰れることはできるが、
　あえて人工的に潰されないようにしているのでしょうか？

単純に、この文章だけについて答えればよかったのですね。
すでに回答が出ていますが
「つぶれないような強度を持った器具を作って使っている」
ということです。

＃１２
＞浮いているというより、落ちようとしているのに低位にある他の気体分子と反発して浮いているように見える。
というのが正解だと思います。

「反発して浮いている」という言葉の意味がよくわかりません。

もし、熱運動をしている気体粒子の存在が前提になっていない書き方をしているのであれば誤りです。
その場合は磁石や電荷の間に働く反発力と似た力が働いていることで浮いているということになります。
「落ちようとしている粒子が低位にある粒子による反発で浮いているように見える」という文章からすると粒子が独自に動き回っているというイメージではないという風に思います。動きがあるとしても落下運動としてとらえられたものだけだということになります。重力の影響をものすごく大きなものだととらえているいことになりますね。しかし重力による濃度分布は普通の生活空間では考える必要にないものです・・・「マンションの上の階では空気が薄くなっているなんて」ことを考える必要はないのですから。
重力だけがエネルギーの出どころであるとすれば粒子は底にたまってしまいます。

熱運動が前提になっている理解は衝突による反発です。動き回っている粒子と粒子の衝突による反発です。その運動のエネルギーは重力からもらったものではありません。熱として持っているものです。その大きさの指標になるのが温度です。常温での空気の場合は４００ｍ／ｓ程度の速さになります。
気体分子運動論で圧力を考えるときには粒子間の衝突を考えずに壁への衝突だけを考えています。均一な位置の分布、速度の分布が実現している背景としては粒子間の衝突を考えています。こういう使い分けをやっていることが＃１２様に誤解を与えているのかもしれません。

回答No.12

noname#179540

No.11です。
ちょっと表現が悪かったみたいです。

浮いているというより、落ちようとしているのに低位にある他の気体分子と反発して浮いているように見える。
というのが正解だと思います。

回答No.11

noname#179540

No.9さん、それは違います。

>気体は何もない空間に気体分子が「浮いている」状態だと考えています。

地球の地表からの高度と気体密度の関係を計算すると、ボルツマン分布になります。(若干の仮定は必要)

そもそも潰すという意味を特定しないといけません。
http://dictionary.goo.ne.jp/leaf/jn2/147989/m0u/

真空を潰す→真空を破る→真空ではない状態にする
だから、「真空をつぶせないか？」という問いに対して、容易に潰すことができるという回答もありですから。

回答No.10

中村 拓男（@tknakamuri）

>その真空を外部から圧力をかけてつぶそうとしても
>潰れないのがなぜか分かりません。

どこから仕入れた知識でしょうか？
地上での話ですよね？
どこかで実験を見られているのでしょうか？

容器が脆弱ならあっという間につぶれます。
石油缶の空気を抜く実験とか見たこと無いでしょうか？

>あえて人工的に潰されないようにしているのでしょうか？
もちろんです。

回答No.9

htms42

＞たとえば空気とよばれるものには、酸素や二酸化炭素、水素などの気体
微細ながら存在する水蒸気などが浮いていると思います。

ここにポイントがあるのではないでしょうか。
気体は何もない空間に気体分子が「浮いている」状態だと考えています。
だからその何もない空間がそれ自体で空間を維持しているはずだと考えているのです。圧力を加えても空間がつぶれないのはその何もない空間（真空）が空間を維持しようとしている能力によるものだということになります。気体粒子が「浮いている」ととらえたところに混乱の出発点があります。気体粒子は浮いているのではなくて「動き回っている」のです。壁にぶつかりながら動き回っているのです。壁にぶつかることによって壁を内側から支えているのです。隙間だらけであるはずの空間がつぶれてしまわないのはこれが原因です。真空という空間が支えているのではありません。温度を上げると圧力が高くなるというのは気体粒子の動きが激しくなるので壁にぶつかる時の衝撃の大きさ、ぶつかる回数が増えるからです。真空が支えているのであれば温度によって圧力が変わるというのが説明できませんね。気体粒子の数を２倍に増やします。圧力が２倍になります。ただ「浮いている」だけであれば空間の広さはほとんど変わりません。気体粒子の占める体積が２倍になっても隙間の方が圧倒的に大きいからです。
「浮いている」ととらえられている状態は動き回っていることで結果的に実現している状態です。「浮いている」を静止的に理解してしまうのであれば「どうしてじっと浮いていることができるのか」を考えなくてはいけなくなります。どうして下に溜まらないのか、どうして溜まった分子はくっつかないのか（液体とか固体になぜならないのか）、・・・と考えなくてはいけなくなります。

おまけ
　「空気」・・・酸素、二酸化炭素、水蒸気

　一番多い窒素を抜かしているのが気になります。

回答No.8

fluidicB

日本語の問題にも思えますが、２つの可能性を：

（１）つぶすものがない
正確には「つぶされるもの」がないというべきでしょうか。
なにもないのでプレス機が動いていっても、何も圧縮されません。
なので底面にたどり着くまで、圧縮応力のようなものが一切係りません。
なにかあるからこそ圧縮応力がかかる、ということを逆説的に
説明しようとしている中で、よくわからない話になっただけ？

（２）つぶす力がよわい
真空系の装置を使っていればわかりますが、
真空のレベルを一桁上げるのは、多額の予算と、毎回面倒な操作が
必要だったりします。
真空の空間は外から力がかかっているという常識が、この話とリンクすると、
一桁高真空にすると、外から圧縮しようとする力も一桁強くなるのでは？
と思えるかもしれません。が、誤解です。
ある程度引けば、外部からの圧力は１気圧です。それ以上になりません。
ストローでシェークを飲むような真空でモノを引っ張る操作を行うとき、
真空のレベルを上げても最大で１気圧なんですよ。
粘度の高い溶液を注射器で出し入れしようとすると、
押せば１気圧以上の水圧が簡単にできるのに、
引っ張ると、最大１気圧。
虚しい気持ちになる話です。
そんな話を何か聞き間違えたとか？
うーーん。こっちは違うっぽいな。

回答No.7

tetsumyi

人工的に潰れないようにしているだけです。
地上で真空状態を作ると潰れようとして大変なんです。
たとえば、注射器で先をふさいで引っ張って真空を作ると、力を入れて引っ張っていないとすぐに元に戻ろうとしますが、このような実験をしてみてください。
つまり真空は圧力を掛けなくても潰れます。

回答No.6

chiha2525

＞その真空を外部から圧力をかけてつぶそうとしても潰れないのがなぜか分かりません。

逆だと思います。
真空を作るために、外圧が掛かっていても潰れないモノで造られているのです。