なぜストローでジュースが飲めるの?『チコちゃんに叱られる』

2020/7/17放送『チコちゃんに叱られる』
夏木マリさん、小林よしひささんをゲストに迎えています。


チコちゃん「なぜストローでジュースが飲めるの?」

ジュースが大気圧で押されているから

詳しく教えてくださるのは、東京理科大学理学部物理学科の川村教授です。

吸引力より大気圧が重要

ストローでジュースが飲めるのはジュースが大気圧で押されてるからです。

スタッフ「吸ってるからじゃないのですか?」

もちろん吸わないと話になりませんが、それはあくまできっかけです。
重要なのは吸引力ではなく大気圧の働きです。

大気圧とは空気の重さによって生じる圧力のことをいいます。
私たち人間も空気に押されて圧力を受けています。

大気圧とストローの関係

大気圧がストローでジュースが飲める仕組みとどう関係しているのでしょうか?

大気圧は水面に全て等しくなるようにかかっています。
ストローの内側の水面にも同じ大きさの大気圧がかかっています。

このときストローの中と外で水面の高さが同じなのはかかっている大気圧の大きさが同じだからです。
しかし、ストローででジュースを吸うことによってこのバランスが一気に崩れていきます。

ストローでジュースを吸うということは、ストローの中の空気を吸うことです。
そうすると中の空気の量が少なくなって 結果 圧力が小さくなります。

これに対してジュースの水面を押す大気圧の力は同じ大きさのままです。
こうして生まれた大気圧の力の差によってジュースの表面にかかる大気圧がストロー内のジュースを押し上げるという仕組みなのです。

つまり私たちはジュースそのものをストローで吸ったように感じていますが、ストローの中の空気を吸うことでストローの中の圧力の大きさを調節してジュースを飲んでいるというわけです。

大気圧は全方向からかかっている

実は大気圧は上からだけでなくあらゆる方向からかかっています。

ストローの片方を指で塞いで持ち上げると中にジュースが残ったまま一緒に持ち上がりますよね?
このときジュースが落ちてこないのは大気圧が下からジュースを押しているからです。

つまり、ストロー内の気圧とジュースの重さの合計が下からかじかる大気圧とちょうどつり合っている状態だからジュースは落ちてこないのです。

大気圧が水を押し上げられる高さの限界は約10メートル

私たちが地上付近にいるときに受けている空気の圧力は1気圧です。
1気圧で押し上げられる水の高さの限界は物理学的にいうと約10メートルということがわかっています。

どういうことかというと、ストロー内の空気を吸って気圧を下げることで水が上がっていきます。
しかし、ストロー内の空気がなくなって 0気圧になるとこれ以上 気圧は下がりません。

そうすると水もこれ以上は上がりません。
この時の水の高さが約10メートルということになります。

ジュースの場合は水より少し重いので9メートルぐらいかなと思います。

あとがき

ストローを吸う力がジュースを持ち上げていると思っていたので、大気圧が関係しているとは思いませんでした。
しかし、よく考えてみると石油ポンプや水を移す際に使われるサイフォンの原理も吸引力ではなく大気圧が関係していました。

頭では理解できても感覚的には納得できていない自分がいます。
気圧にマイナスはあるのでしょうか?

ストローの中の気圧が0になると液体が上に持ち上げられなくなるということでした。
物凄い吸引力の機械を使ってストローを吸い上げた時、気圧関係なく液体は持ち上がるのでしょうか???
それとも気圧が0のまま液体は持ち上がららないのでしょうか???

チコちゃん教えて!

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