前回の記事で「いやぁ、サイフォンって本当に難しいですね。それでは、サヨナラ×3」みたいなことを書いていたのですが、「最も深い考察がなされています」として、記事の終わりに引用していたブログ記事の執筆者でいらっしゃいます岡山理科大学の荒木圭典さんが、記事にお目をお通しいただき、まさかの反応ツイートまで投稿してくださっていました…!
私のブログの最初の5行がサイホンの原理のはっきりした説明で、その下は「パスカルの原理で十分で、ベルヌーイの定理を使ったサイフォンの考察はウソ」なのだが…。リンク先の記事に興味深いものがあり有難かった “圧力その2・意外と奥が深かったサイフォン - ひたすら自…” https://t.co/T1NcqlhBsQ
— あらきけいすけ@岡山理科大学 つぶやきはあくまで個人の意見です (@arakik10) 2023年7月14日
前回の記事では「サイフォンの原理については、決定的な説明はどうも見当たらないので、今なお議論されているぐらいの話みたいですね」とかほざいてしまっていたのですが、なななんと、引用していた荒木さんのブログ記事の冒頭が、いわゆるdefinitive answer(決定的な説明・答)といって差し支えない話だったとのことですね…!!
改めて、記事リンクの方を紹介させていただきましょう。
図も交えた詳細な説明が極めて丁寧になされているため、ぜひ実際に記事をご覧いただきたい限りですが、その「冒頭5行+述語部」のみを引用させていただこうと思います。
サイフォンの原理とは
- 液面に高低差のある二つの液体の容器を、液体を満たしたパイプで強制的につなぐと、パイプの内部の液体は静水圧平衡による静止状態を保てない;
- 管の両端には ρ g H (ρは液体の密度, gは重力加速度, Hは両側の容器の液面の高低差)の圧力差が生じる;
…(中略)…ということである。
なるほど、つまり、液面に高低差のある二つの液体の容器を、液体を満たしたパイプで強制的につなぐと、パイプの内部の液体は静水圧平衡による静止状態を保てないし、管の両端には ρ g H (ρは液体の密度, gは重力加速度, Hは両側の容器の液面の高低差)の圧力差が生じる、ということだったんですね…!
…って、引用部をただ完全コピペしただけですが(笑)、ふざけすぎるのも失礼にあたるので真面目に参りましょう。
ρ g Hという項は、ベルヌーイの定理においてもρ g zという形で登場する、次元としては圧力(あるいは位置エネルギー)を表すものになるになるわけですけれども…
(ちなみにρは「ピー」ではなくギリシャ文字の「ロー」であることに注意ですが、昔から「何でそんな紛らわしい文字を使うんだ…!」と、非物理専攻の学生だった僕は憤りを覚えたものです(笑))……
…流体力学の素養がない者としては、せっかく微に入り細に入る解説がなされているというのに、途中の、式を用いて各部の圧力を表す部分でどうしても理解がつっかかってしまう…!
そもそも酷い言い訳にも程がありますが、前回取り上げた際もあまりにも時間がなく、記事を数十秒流し見しただけで「これは詳しそうな解説だ!」と勢いでリンクだけ貼らさせていただいて形でして、その結果、冒頭の説明も見落としていた上、考察の流れや結論もまるで掴めておらぬまま頓珍漢な紹介をしてしまっていた形でした。
一応、全く畑違いとはいえ研究・サイエンスを生業にしている者としては、紹介させていただいた以上、自分なりに完全に理解した上で、(自分含む)非専門家にも分かりやすいというか基礎知識なしで理解できるような解説を付け加えるのが正しい姿勢かなと思うのですが、今現在ちょっと、どうしても時間が足りない感じでして……
…今回は(前回同様)、大変申し訳ないことに、
「物理学非専攻の人間には、簡単には理解が及ばない説明をもってしか詳細を記述することが不可能である…ということが分かった」
…という、後ろ向きな解決案の提示で一旦保留…という形を取らせていただきたい限りにございます……。
とはいえ僕はこう見えて割と責任感の強い男なので、次回……はまだちょっと時間がなくて間に合わないと思いますが、いずれ必ず、「大学教養以下レベルまでの知識しかなくても、なるべく分かりやすいように、荒木さんの偉大なる解説の解説」を書こうと思っとります。
そんなわけで今回は、どうしようもない言い訳のみの回となってしまう感じでして、これは誠に恐縮&痛恨の極みにございます(笑)。
まだ自分なりの理解も十分にできていない感じですが、前回適当なことを書いてちょっと僕自身が恥をかいただけで真実に迫ることにつながれたということで……
…実際前回書いてるときも「いや、全然ちゃんと読み込んでないのに適当に紹介するのもアカンか…?」と思っていたんですけれども(後出しの言い訳っぽいですが、本当です(笑))、行き当たりばったりでも最終的にいい方向へ転がりましたし、触れておいて本当によかったです!
ご反応いただけた荒木さんには、改めて心よりのお礼を申し上げたく存じます、誠にありがとうございました…!!
一応、色々見る中で「お、面白そうじゃん」と思っていたもののこれも当然時間がなくて深く読めていないので保留にしていたネタに、「10.33メートルより高い、世界初のサイフォン」という論文があったので(↓)、最後、新しい話としてそれだけ紹介しておきたい所ですが……
…改めて、こちらの論文も全く読み込む時間がなく、タイトル見て「面白そう」からの何も中身に触れない丸投げというとんでもない形で大変恐縮ではあるものの、動画付きで15.4メートルのサイフォンの駆動に成功した様子(動画の一場面のスクショが、論文中の図としても掲載されています(↓))が、査読付き論文に掲載されているということですからこれは流石にフェイクとかではなく、実際に上手くいっているのでしょう……
要約部には「植物が高く水を吸い上げる様子に触発され…」などと書かれていましたが、一体どういう仕組みで負の圧力および気圧の壁を超えたのかが大変気になります、これもまた時間ができたときに読んでみて、ぜひ紹介してみようかと思います…!
(なお、これは2016年の論文ですけれども、「サイフォン駆動の仕組みについては、今なお議論がある…」的なことが書かれていましたね。
荒木さんの記事は2017年のものですし、令和になった現在はその議論に終止符が打たれたといえる気もしますが(笑)、いずれにせよ、こういった論文を報告する専門家の方でも中々決定案は理解できずにいるほど、やっぱり難しい話には違いないといえる気がします。
上記の2記事、ぜひ、分かりやすい形で、自分なりの理解をしてまた紹介させていただきたい限りに存じます…!)