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噴水3(負圧を利用)

まずは見てみよう!

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どんな実験?

実験手順と種あかし

  • ペットボトルのキャップに穴を開けてストローを取り付けます。細いストローを使うことによって噴水の持続時間を長くできます。(ただし、あまり細くしすぎるとエネルギー損失が大きくなって噴水の高さが低くなります。)
  • 中に少しだけ熱湯を入れ、ふたをしてよく振ります(やけどをしないように注意してください)。続いて、中の熱湯を捨ててからもう一度ふたをして、逆さまにして冷水に入れます。そうすると噴水が発生します。
  • はじめに熱湯を入れてふることによってペットボトルの中に水蒸気をためておくのです。これを冷水で冷やすと水蒸気が凝縮してその体積が減ります。また、熱で膨張していた中の空気も収縮しようとします。この二つのはたらきによってペットボトルの中の圧力は低くなります。外の大気圧と内部の圧力に差ができ、噴水が発生したのです。つまり、噴水の出口側の圧力を下げることで上流側の圧力を上げる方法(噴水2)と同じように噴水を作れるのです。
  • 二つめの実験は、これをもっと簡単にしたものです。ペットボトルを押して手を離すと、ペットボトルが元の大きさに戻ろうとして中の空気を膨張させ、圧力が下がります。ストローの出口側の圧力が下がって噴水ができました。
  • 以上の二つの噴水は出口側の圧力を下げることによる方法です。このときの大気圧よりも低い圧力のことを「負圧」といいます。
【キーワード】 圧力
【関連項目】 噴水2
【参考】

日本機械学会編「流れのふしぎ」講談社ブルーバックス、P34−37、P98−101

石綿良三「図解雑学流体力学」ナツメ社、P14−15、P192−193
更新日:2014.4.1