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目次

サイフォン

  • ="siphon"
  • ="syphon"
  • =(ギリシア語)"σιφν"
    • 「管」という意味。
  • 水理学において、曲がった管。
  • 1本の脚あるいは枝を持ち、もう1本の脚よりも長い。
  • 液体を上に上げたり、容器を空にしたり、色々な流体静力学の実験に使われる。
  • 多くの場合、U字型またはV字型である。
  • サイフォンのルーツは、古代アレキサンドリア時代のヘロンにまでさかのぼる。
    • ヘロンの本には、78種類の色々な気体装置について紹介されている。すべてがサイフォンではないが、サイフォンを利用したものがほとんどである。
    • ヘロンはこの本で紹介したものは自分が考えたものではなく、以前の著者たちが伝えている事柄を整理したものであると書いてある。よって、サイフォンの起源はさらに遡れることになる。
    • 「古代ギリシア時代のプラトンが、囲みサイフォンを使って目覚まし時計を作った」という話もある。
    • 「アレクサンドリアのクテシビオン*1がサイフォンの発明者である」という話もある。

サイフォンの原理

  • サイフォンが動く原因は、大気圧が押すことではない。
    • 多くの辞書等では大気圧の力によって、サイフォン管内の液体が移動すると説明しているが、これは間違いである。
      • これの原因は、サイフォンの動きについて、トムチェリの実験と対比して考えてしまうことになる。トムチェリの管は片方が閉じているが、サイフォンは両端が開いている。つまり、管の中の水の鎖が落下しているだけなのがサイフォンなのである。
  • サイフォンが動く原因は、左右の液体の重さのアンバランスであり、液体自身の分子間力(=凝集力)によって持ちあがる。
    • そのため、真空でもサイフォンは動く。
      • しかし、真空に近くなると液体から気泡が出て、液体自身の分子間力が切れるとサイフォンは動かなくなる。
    • 大気圧は液体自身の分子間力(=凝集力)が切れにくくしているが、動かしている原因ではない。
    • トムチェリの実験
  • PEO(ポリエチレンオキサイド)が溶けている溶液を使えば、管なしのサイフォンを作ることができる。
  • サイフォンの場合、物体の落下運動のように加速しない。
    • これは管と水との摩擦が大きいためである。
    • この流れる速さの関係については、1700年代には明らかにされている。
  • サイフォンを使って、水を移し替えるのを速くするには、水分子の鎖がたくさん、そして速く流れていけばよい。
    1. サイフォンの高さを大きくする。
    2. 管を太くする。
    3. 管の数を増やす。
  • サイフォンを使って、水を移し替えるのをゆっくりするには、速く移し替える方法の逆をすればよい。

水分子の鎖を垂らす方法

  1. 水の中にサイフォンを入れて、直接管の中に水分子の鎖を垂らす方法
  2. サイフォンの片方の管を口で吸って、管の中に水分子の鎖を垂らす方法
  3. サイフォンの片方の管をポンプで吸って、管の中に水分子の鎖を垂らす方法
  4. 水を容器に注ぐことで、管の中に水分子の鎖を垂らす方法
  5. 管を水に入れて、自動的に管の中に水分子の鎖を垂らす方法

サイフォンの応用

  • 囲みサイフォン
  • 教訓茶碗
  • 教訓コップ
    • ヨーロッパでは「タンタロス*2のタンブラー」と呼ばれている。
    • 取っ手にサイフォンが隠されている。
  • ダムの貯水湖の水の量の調整

囲みサイフォン

教訓茶碗

参考文献

  • 『サイフォンの科学史』


*1 ヘロンの師である。
*2 ギリシア神話に出てくる神様の名前。ゼウスの子。