水圧はいつ頃圧を増すの?
このポエムに物理学的な回答はありません。単に疑問を書いているだけです。
- 水圧は約10mで1気圧増す。つまり水深10mにあるものは大気圧に水圧がのり、2気圧分の圧力がかかる。
- 水圧は水の高さ(深度)で決まるものであって量は関係ない。
- あとこれは間違っているのかもしれないけど、水は基本的には圧縮できない。
上記を踏まえて、疑問が二つ。
1.
床に圧力センサーのある高さ10mの箱を用意する。この箱は上部に蓋ができ、密閉できるものとする。
箱の上部が開いている状態で海に沈める。
海底100mに固定する。
この時点でセンサーは11気圧になっている(はず)。
蓋を閉じる。
水圧センサーはいくつになるのか。
A.11気圧のまま。
B.1気圧。
これの答えがわからない。
なんとなくAではあるんだろうと思うけど、水圧は完全に水深で決まるのだとしたら海底100mにあろうが大気のない1g(加速度)の惑星の地表にあろうが、10mの水深しかない箱の床の水圧がBの1気圧でない理由がわからない。
ではBだとしたら唐突に10気圧分はどこに消えてしまったのか。消えてしまったと考えることが間違っているのかもわからない。
2.
1と似たような疑問だけど、そこに至るまでのような疑問。
床に圧力センサーのある剛体の高さ10mの箱を1気圧の空気が入った状態で海に沈める。この箱は常に箱の中の空気圧(最初に入っていた空気)を1気圧にしておく機構があるものとする。小さな穴を天井に開けることができ、これは後々閉められる蓋があるものとする。
水深100mの海底に固定する。
穴を開ける。
水が箱の8割を占めた時点で穴に蓋をする。この時点で圧力センサーは1気圧+箱の中の水の高さのはず。
もう一度穴をあける。今度は水が箱の99.9%を占めた時点で穴に蓋をする。この時点では圧力センサーはほぼ2気圧になるはず。
では残りの0.1%を水で満たすために穴を再び開けた場合どの時点で圧力が11気圧になるのか。コペンハーゲン解釈よろしく、光の速さを超えて2気圧から11気圧になるのか。
1気圧に保つ機構が完全に機能するわけないので水が入ってくるにつれて空気圧が上昇して驚きの早さではあるけど2気圧から11気圧になるというのもまぁ受け入れられないわけではない。
でもこの2つ目の疑問は1気圧だと説明が楽だから1気圧にしていたけれど、真空の箱でも似たような疑問は投げられるので気圧を維持するうんぬんは関係ない気もする。