サイホン現象の破れる理由

質問

サイホンを形成しているパイプに空気が入り込むと、サイホン現象が破れます。
理由を，お教えください。

回答No.6

nozomi500

#5 「害気圧」でなく、「外気圧」でした。

頂上付近に「たまった」空気の場合、水に引っ張られてなければ１気圧ですが、両側の水が下がって体積が増えれば気圧が下がります。

外の1気圧と、管の中の水の重さ（水圧）＋管の中の空気圧がつりあったところで、水面が安定します。
つりあわなければ、水が頂上を越えて「サイホン」が働き、低い方の水面に流れていきます。

回答No.5

nozomi500

>サイホン管の頂上に空気が入ると、入った空気は大気圧

「頂上の空気」が外気とつながっていれば、中の空気は害気圧ですが、
外気とつながっていなければ、両側に水が下がろうとして引っ張られるために気圧が下がります。

水が「接している」空気、という考えがよくわからないのですが、サイホンの中で水面より上にある水はどこにあろうとも、すべて大気圧で押し上げられていることになります。

回答No.4

nozomi500

#3補足
∩型のサイホンで、左から右に水が流れる場合、
全体としては左右の水面の高さによる水圧差ですが、

左の水面から頂上までは、大気圧と左の管の中の水圧の差で大気圧のほうが高いから押し上げられる。
管の中に空気が入ると、水圧のほうに空気圧があるので差が小さくなり、押し上げる力が小さくなります。
外気に通じる「穴」であるなら、そのまま大気圧が加わりますから,管内の水も左の水面まで下がります。

お礼

アドバイスありがとうございます。
私は、最初、サイホン管の頂上に空気が入ると、入った空気は大気圧ですから、管内の水の上部は大気圧の空気に接し、水槽の水は大気圧に接しているわけですから、管内の水は自重により水槽に落ちると考えました。この考え方について、アドバイスをお願いします。

回答No.3

nozomi500

宿題ですか？

空気が入り込む、の解釈ですが、気泡が入り込む、という場合と、穴があいて連続して空気が入り込む場合があります。

サイホンの原理そのものは、両側の水圧の差による「押し上げる力」ですから、「吸い上げる力」というのはトリチェリ以前の解釈のように思います。

空気が入って無くても、「10ｍ」以上のサイホンは理屈で不可能（１気圧の場合。10ｍの水柱を支える気圧がないので。）です。
空気がはいれば、「10ｍ」に達する前に限界に達します（空気の量で限界が下がる。）。

回答No.2

ponkiejp

＞サイホン管の頂点に、空気が溜まると、両側の管の水に、力が伝わらないため、サイホン現象が破ける。

そういうことです。
つまり、伝わろうとしている圧力が、小さな圧力で膨張・収縮しやすい空気の存在によって妨げられるからです。

＞この場合、空気が希薄になり、水を吸い上げる力ができえるが、それによりサイホン現象が回復することはない。

空気の負圧による吸い上げる力より水の自重の方が大きいので空気より先の部分の水が落ちてしまうのです。

回答No.1

ponkiejp

サイホンは大気の圧力差を利用して水を移動させますが、パイプの途中に空気が入ってしまうと、その空気が圧力差を吸収してしまうので、サイホン現象が破れるのです。
これは水に圧力がかかっても体積の変化がほとんどないのに対して、空気に圧力がかかると容易に体積変化を起こしてしまうからです。
この場合、パイプの中の空気にかかる圧力は負の圧力で、空気の体積は膨張してしまうのです。

参考URL：

http://www.kumamotokokufu-h.ed.jp/kumamoto/isibasi/siphon.html

お礼

アドバイスありがとうございました。
アドバイスを頂戴し、私なりの理論構成をしてみました。
水は液体、分子結合している。引っ張りの力を受けると、引っ張られる。
空気は気体。引っ張りの力を受けても、引っ張られることはない。
サイホン管の頂点に、空気が溜まると、両側の管の水に、力が伝わらないため、サイホン現象が破ける。
水は自重で水面に落ちる。
この場合、空気が希薄になり、水を吸い上げる力ができえるが、それによりサイホン現象が回復することはない。
以上の考えについて、アドバイスをお願い致します。