何故ティーパックが上昇してくるか

質問

（専用の）ティーパックを水筒等に入れておくことで麦茶等を簡便に作られます。

そのティーパックは、私の経験則では水筒の底の方に沈み込んでしまい、取り出すのに菜箸等を使っていました。面倒です。

ある時、何気なく箸の先を水に漬けた状態で、水筒内に回転水流を作ってやりました。すると、必ずティーパックは螺旋状に上昇します。

これなら菜箸を使わなくても、水面近く来たそれを捕まえて取り出されます。

目の前で起こっていることなので、疑念する必要も無いのですが、これは何故でしょうか。

回答No.5

teppou · ベストアンサー

同様の現象は、流体力学でティーカップ問題と呼ばれているそうです。
　ティーカップの底に沈んでいる茶葉が、紅茶をかきまぜると中心に集まる現象から、こう呼ばれているそうです。

　まず、本を一冊紹介します。

　松田卓也（神戸大学名誉教授）著「間違いだらけの物理学」学研科学選書 P163

　くだけた装丁の本ですが、内容の濃い本です。購入をお薦めします。

　ここに本の中の説明を書き記すことはできませんが（倫理的にも分量的にも）、略記しますと、
　容器の中の液体を回転させると、縁の方が水位が高くなります。
　これは遠心力によるものですが、底面に接している液体は摩擦抵抗のため回転速度が相対的に遅くなり、遠心力も弱くなります。
　そのため底面に接していない液体との遠心力の差により、底面に接している液体は中心に向かって移動します。そのまま移動すれば、中心部で上昇するしかなく、中心で上昇し外縁部で下降するという流れができ、液体の中に沈んでいる、水との比重差が小さい物体は、中心部で浮き上がってくるというわけです。
　表面に浮いているものが中心に集まるの現象も遠心力の差によるものですが、別の現象であると他の本に出ていました。

お礼

返答ありがとうございます

ご提示の本を探してみます。

今後もおねがいします

回答No.4

ORUKA1951

＞理解できません。
　水には粘性があります。
　ガラスや陶磁器は水と強く結びつきやすく（界面張力が小さい）
　容器に接した水は回転していない。
　そのために遠心力をうけない水の層が容器内面に存在する。
　それは、水位の高い周辺で下向きの流れを生じさせる。
　下向きに降下した水流は中心部で上昇に転じる
　⇒コーヒーカップの泡(1):コーヒーにいれたホイップクリームの泡がなぜ中心に集まるのか？( http://iruka.la.coocan.jp/science/awa/index.html )

お礼

返答ありがとうございます

＞水には粘性があります。
分かります。

＞ガラスや陶磁器は水と強く結びつきやすく（界面張力が小さい）
分かります。

＞容器に接した水は回転していない。
分かります。

＞そのために遠心力をうけない水の層が容器内面に存在する。
分かります。

＞それは、水位の高い周辺で下向きの流れを生じさせる。
分かりません。
水が回転しているときは、水面は中心部が凹んでいます。つまり　中心部の高さ＜周辺の高さ　です。その「水位の高い周辺」とは、周辺のことでしょうか。

回答No.3

ORUKA1951

遠心力による上昇水流ではありません。これはとてもよく誤解される。
　思考実験ですが、コップに水と水よりわずかに重いものを入れてコップを回転させると、重いものは底の外側に行くはずですね。水面が凹に窪みますが、その時点で内部の水はつりあっているわけですから、高くなったところから水が移動するはずもありません。

・重いものは底の外側に行くはず。
　かき混ぜている最中は底の外側に貼り付いて回る。
　ターンテーブルにコップを乗せて回転させると溶け残ったグラニュー糖は底の外に行く。
と
・お茶ガラが沈んでいる時に攪拌すると中央に寄り集まる
　溶け残ったグラニュー糖は底の中央に集まる。

の二つは、明らかに矛盾していますね。

　あなたの発見された現象は、まさに後者です。
　特に箸を漬けたままだと顕著なはずです。

　あとは考えてください。そしてどうしても分からなければ、以前行なった実験結果を紹介しますが・・・

お礼

返答ありがとうございます

理解できません。
よかったら、紹介してください。

回答No.2

kohichiro

水が回転すれば渦ができて中央の水が遠心力で外へ動き、円筒外壁に当たって上昇します。けっかてきに循環するのでその水流にテーバックが流されつーか乗って上へ上がってくるのではないでしょうか。

回答No.1

na22me

http://www.toray.co.jp/tsf/rika/pdf/h11_01.pdf

簡単に言うと上昇水流が発生するから・・