手押しポンプと水鉄砲との比較から出た疑問ですが

質問

手押しポンプで水が汲めるのは昔からある竹筒を用いる押し出し型の水鉄砲で水が遠くへ飛ぶことと同じではないでしょうか。手押しポンプのシリンダーをゆっくり下げてもあまり水が出てこないのは水鉄砲の内筒をゆっくり押してもあまり遠くへ水が飛ばないことと似ているように思うのですが、はっきりとはわかりません。ご教示をお願いいたします。

回答No.11

QCD2001 · ベストアンサー

＞手押井戸ポンプは1種類と思っておりました。

私も「手押し井戸ポンプ」は吸い上げポンプ1種類であると思います。
ご質問は「井戸」なしの「手押しポンプ」でした。
そこで、回答者としては

「これは井戸などに使われる吸い上げポンプについての質問であろうか？それとも井戸には使われず、昔の消防などで使われていた押上ポンプについての質問であろうか？」

と悩むわけです。
そこで、たとえばNo.2の回答者は、
＞質問者さんがお考えの手押しポンプがよくわかりませんが
と書いていらっしゃるわけです。

質問者さんは、No.5の回答者の回答へのお礼に、

＞ピストンが下がった時にピストンの上に溜まった水がピストンが上がれば出てくると考えればよいのでしょうか。

と書いていらっしゃいますよね。
ピストンが上がった時に水が出るのです。
No.7の回答へのお礼に

＞ピストンが勢いよく下がると水が吹き上がりますが。

と書いていらっしゃいますが、吸い上げポンプではピストンが上がった時に水が出ます。
ピストンを素早く上下に動かすと、ピストンを挙げたときに水があふれて出てきますが、シリンダーから水の出口まで水が移動するのに時間がかかるため、ピストンを下へ下げるタイミングで水が出口から出る場合があります。
そのような場合と勘違いしていらっしゃるのではないでしょうか。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%89%8B%E6%8A%BC%E3%81%97%E3%83%9D%E3%83%B3%E3%83%97
このサイトに出ている手押しポンプが、普通の「手押し井戸ポンプ」です。
動画を見ればわかるかと思いますが、柄を下げたときにピストンが上がり、ピストンの上の水があふれて出てきます。
水が出るのはピストンが下がった時ではありません。

お礼

いろいろ和t氏の理解不足に対するご訂正をいただきました。ずいぶん難しいものだと思ってもう少しきちんと理解に努めなければと思っております。

補足

お礼欄のミス入力お許しください！

回答No.10

SPS700

＃５です。訂正です。

　確か＃５に
　　公式を書きましたがあれは間違い（赤面）で
　　ピストンの行程　x　π半径の二乗
　が　下記のように正しいです。
　https://atarimae.biz/archives/8523

　お詫びして、訂正します。

お礼

了解いたしました。

回答No.9

QCD2001

No.7です。

＞ピストンが勢いよく下がると水が吹き上がりますが

ご質問の「手押しポンプ」というのは、

１）
ポンプの柄を押し下げた時に
ピストンも下へ下がり、
このピストンが下がった時に水が出るタイプのポンプについてですか？

それとも

２）
ポンプの柄を押し下げた時に
ピストンは逆に上へあがり、
ピストンが上へあがった時に水が出るタイプのポンプについてですか？

どちらも手押しポンプですが、１）はピストンが下がった時に水が出るのに対して、２）はピストンが上がった時に水が出ます。ポンプの柄の部分の梃子の構造が異なるので、どちらも柄を下げた時に水が出ます。
１）は押し上げポンプで、昔の消防で、水を上へ吹き上げるためのポンプに使われたものです。水をくみ上げるときには通常は使われません。
２）は吸い上げポンプで井戸の水をくみ上げるためのポンプによく使われたものです。

他の回答者が２）の吸い上げポンプタイプの手押しポンプを想定して回答をしていらっしゃったのに対して、質問者さんがポンプのタイプに関するコメントをしていらっしゃらないので、吸い上げポンプ、つまり、ピストンが上へあがった時に水が出るタイプの手押しポンプについての質問であるものと想定して回答をしました。これは水鉄砲とは異なる原理です。

しかしご質問が１）のピストンが下がった時に水が出るタイプの手押しポンプについてのご質問であるなら、これは水をくみ上げるためのポンプではなく、水を勢いよく上へ吹き出すための押し上げポンプです。押し上げポンプタイプの手押しポンプで、ピストンが勢いよく下がると水が吹き上がるのは、水鉄砲の水が勢いよく出るのと同じ原理です。

手押しポンプといっても、押し上げポンプタイプの手押しポンプと、吸い上げポンプタイプの手押しポンプの2種類があることにご注意ください。

お礼

手押井戸ポンプは1種類と思っておりました。
ポンプの柄を押し下げた時にピストンは上に上がり、
このピストンが下がった時に水が出るタイプのポンプです。

回答No.8

mienaikuuki

手動の井戸ポンプはピストンで水を吸い上げるだけです。
よく、汲み上げた水が上に溜まって流れ出るように見えますが、
上に溜まっている水は一番最初に入れなければならない呼び水です。
最初に他から持ってきた水を上に入れて配管の中を水で満たさないと
吸い上げません。
ちなみに吸い上げられる高さは標準的な気圧のところで配管の抵抗を無視した場合10mです。これはピストンが真空状態を作る方向に動くことで配管が接している水面を押している気圧で水が押し上げられるためです。遠くに飛ぶのは移動する水に加わる力の差です。
10m以上の高さに押し上げることができるポンプの場合も吸い込む側は下方向10m以内の水面からしか吸い上げられません。単に流れ来た水を取り込んで押し上げるなら立ち上がり配管に生じる圧力とポンプが水にかけられる圧力のバランスで揚程が決まります。

お礼

いろいろご教示いただいているのですが、なかなかすっきりと理解できるところまで行きません。頑張ってみます。

回答No.7

QCD2001

違います。

井戸のポンプは吸い上げポンプです。

ポンプの柄を押し下げるとピストンが上昇し、支輪代が陰圧になりシリンダーのピストンの下の部分に水が入ります。
絵を押し上げるとピストンが下がり、シリンダーのピストンの上の部分に水が入ります。
再度柄を押し下げるとピストンが上に持ち上がり、ピストンの上の水が上へ押し上げられるので、水は「あふれて」出てきます。
あふれて出てくるだけなので、水の出口を上に向けても、水鉄砲のように水が上へ高く吹き上がるということはありません。
水の出口へホースをつけて上へ向けると若干上へ水が出ますが、重力で水がシリンダーから落ちる勢いで上へ行くだけなので、シリンダーの中の水面より高くは上昇しません。ポンプの柄をお強く押し下げても、支輪代内部の水面より高くへは水は上昇しません。

水鉄砲はピストンを押し込むときに生じる圧力で、水を押し出します。あふれ出るのではなく圧力という力を加えて押し出すので、上へ向けると高く水が吹き上がります。シリンダーの位置よりもはるかに高くまで水を噴き上げることができます。

ですから、手押しポンプで水をくむのと、水鉄砲が水を遠くまで飛ばせることとは原理が異なります。

お礼

難しいものですね。ピストンが勢いよく下がると水が吹き上がりますが。これはピストン下部の水に圧力がかかっているからかなと思います。ピストンの弁口が狭いからですね。

回答No.6

SPS700

＃５です。補足です。

　＞＞ピストンが下がった時にピストンの上に溜まった水がピストンが上がれば出てくると考えればよいのでしょうか。

　はい、おっしゃる通りです。

お礼

よくわかりました。

回答No.5

SPS700

手押しポンプの方は、下記のように中に下降の時だけ開く弁が二つあり、押し下げる時はピストンの弁が開いて、下の弁が閉じ、引き上げる時はピストンの弁が閉じ、下の弁が開いて、ピストンの行程x直径x２π自乗の水が汲み上げられます。
　https://www.youtube.com/watch?v=-G1iJyrbhD8

　水鉄砲の方は、弁がありませんから、ピストンの行程の極限まで押すと終わりになります。

　ですから水鉄砲だと一回で放水が終わりますが、手押しポンプでは続けて水が出せる点が大きな違いです。一回の放水の量が内径と行程で決まる点は同じです。

お礼

ピストンが下がった時にピストンの上に溜まった水がピストンが上がれば出てくると考えればよいのでしょうか。

回答No.4

noname#252332

手押しポンプの水量の大小と、水鉄砲の水の勢いは、直接的には同じではありません。比較するべきなのは手押しポンプの水量と水鉄砲の水量です。

　水鉄砲はピストンとシリンダーが密着しており、押して縮小したシリンダの容積と等しい水量が噴射されます。だから水鉄砲は一般に動きが固いのです。もし水鉄砲のピストンとシリンダーに隙間があったら、滑らかに動くでしょうが射手のほうにも水を噴射してしまいます。水鉄砲をゆっくり動かしても、水の勢いが弱いだけで、出る水の量は同じです。

　一方、手押しポンプは軽い力で動くこと、長い年月点検修理なく動作できるように、ピストンとシリンダの間に大きな隙間があります。そのため、ゆっくり動かせば動かすほど、ピストンを引き上げるときにピストン上部のシリンダから下部へ水が漏れて戻ってしまい、仕事のロスになります。速く動かせば上から下に漏れる損失の水量が少ないのは水の粘性のためです。非常にゆっくり動かすと、ピストンの上の水が全部下に抜けてしまって、まったく水は出ません。

　水鉄砲ではこの損失する水が無いという訳です。損失とは水が減るという意味ではなく、与えた仕事が100％生かされず水を移動させる仕事の損失になると言う意味です。

回答No.3

g27anato

質問のとおりです。

全く同じ理屈で「吸い込む」のと「吐き出す」のと、全く逆の現象を目的とするため、
シリンダーと水の関係を(弁の構造で)逆転させる仕組みなのだと考えれば良いでしょう。

回答No.2

4500rpm

＞手押しポンプで水が汲めるのは昔からある竹筒を用いる押し出し型の水鉄砲で水が遠くへ飛ぶことと同じではないでしょうか。
→質問者さんがお考えの手押しポンプがよくわかりませんが、井戸用の手押しポンプのことなら、吐水される原理は水鉄砲とは異なり、シリンダーの勢い（圧力）で水を出しているのではないので、違うと思います。

＜参考＞
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%89%8B%E6%8A%BC%E3%81%97%E3%83%9D%E3%83%B3%E3%83%97

＞手押しポンプのシリンダーをゆっくり下げてもあまり水が出てこない
→手押しポンプについているピストンと2つの弁の作動で水をくみ上げますが、それぞれの精度がそれほどないのでゆっくり押すと空気や水が漏れて吸い込みにくく、吐水量が少なくなると思います。
なお、経験上、早すぎても水が入ってこないまたはかなりの力が必要なので、効率の良い適度な速さがあると思います。

回答No.1

sirasak

高水圧と低水圧の違いです。