ガリレオのポンプの問題





ガリレオのポンプの問題

17世紀のイタリアのトスカーナ(Tuscany)に住んでいる大公(duke)は、宮殿の庭に井戸を設置しました。さて、大公は、ポンプが水を引き上げないことを発見しました。大公は、この問題の解決をガリレオにお願いしました。ガリレオは、地下水面が低すぎる場合は、水を引き上げないと事実を発見しました。

「地下水が約10mの高さまで上がってくることができるが、それ以上は上がってくることができない。」

残念ながらガリレイは原因を把握することができませんでした。
約10mより深い井戸水をポンプで引き上げないのはなぜでしょうか?
この井戸水を引き上げるにはどうすればよいでしょう?

トリチェリの真空

この問題は、1644年にトリチェリ(Torricelli)が解決しました。実験装置は、約1mの長さの一方が密封されたガラス管でした。彼はガラス管を水銀で満たし、開放された端を覆い、それを水銀皿の上で覆しました。容易ではありませんでした。当時ガラス管は壊れやすかったです。数キログラムの水銀で満たされたガラス管は、よく壊れました。しかし、熟練した助手の助けを借りて、最終的に実験が完了しました。水銀は、皿から約76cmの高さを維持していました。トリチェリは(皿に入っている水銀を押す)大気の重さのために水銀がチューブに入って行き、水銀柱の上の空間は真空と正確に推測しました。実験室で真空が生成されたのは今回が初めてでした。

最後に、ガリレオの井戸でも、水は引き上げられたことはなかった。水銀柱のように大気圧によって押されて上がってきたのです。水銀柱が約76cm程度上昇することができるように、水の場合には、大気圧によって約10mまで上がって行くことができました。

ストローの中の飲料水は、吸い込ま上がってくるのでしょうか?または、押されて上がるのでしょうか?

ストローは、私は吸い取る吸引力が強いほど、いくらでも高いところでも吸い上げたような感じを受けます。しかし、その感じは事実とは異なります。

実際には、飲料水を押し上げる根本的な力は、大気圧です。
ストローの中の飲料水は吸い込ま上がるものではなく、大気圧によって押されて上がることです。
ただし、私は大気圧が飲料水をよく押し上げられようにストロー内部の圧力を減少させておいただけです。