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2020年8月 7日 (金)

水滴の形

0701_2suiteki1 2020.7.1
これもEテレ0655から。
「大きい雨つぶが落ちてくるとき、どんな形?」
というのですが。涙滴型とか、球形というのが多いと思います。
0701_2suiteki2
でも、落ちながら空気抵抗をくらって滴の下が平らになり「まんじゅう型」になるんですね。

↓ここにも写真があります。
https://www.bioweather.net/column/weather/contents/mame006.htm
(図3)風洞実験で求めた落下中の雨粒の形(H.R.Pruppacher and K.V.Beard)

★ところで、逆に、スキューバダイビングでダイバーが水中で泡を出しますね。
あの泡、どんな形で水中を上昇していくと思いますか?
もう40年くらいも前になりますか、工業高校に勤務していた頃。夏、化学準備室の目の前にプールがあって、海パンいっちょで泳ぎに出たものなのです。で、同僚の数学の若い先生がダイビングが趣味で「上昇していく泡の形を知ってますか?」と訊かれた。私は知らなかった。「球形じゃないんです。下が平らな中華まんじゅうみたいな形で浮き上がっていくんです」と教わったのでした。
プールの底に沈んで息をポッと吐く。上昇していく泡を観察するとまさしくその通りなのでした。
どこかの商業施設の夏のディスプレイだったかな、透明な2mくらいの高さのアクリルの円筒型水槽に、いろいろ入っていて、底から泡を出す、というのを見た時も、確かに下が平らな饅頭型でした。
知らないもんですね。
↓このページの中ほどに、ダイバーが出した泡を上から撮影した画像があります。
https://marinediving.com/photography/phtec/no13/

★追加:プールでの実験。
忍術で「水遁の術」というのがありますよね。葦の茎とか竹筒をシュノーケルにして水中で呼吸するやつ。
あれを試したことがあるんです、理科仲間で。
岩波科学映画かなんかで、体を丸めてホースを口にくわえて水に浮かび、ホースから息を吐くと沈んでいく、水中で息を吸うと体が浮いてくる。人体の比重はほぼ1なのだ。という演示でした。あれを体験してみようと、身体を水平に伸ばしたままビニールホースを口にくわえて、息を吐いてプールの底に沈みます。そこで息を吸おうとすると、大変な事態。水深1mちょいくらいの深さで、いくら息を吸い込もうとしても吸い込めないのです。たかだか0.1気圧ほどの加圧なんですが、肺が鬱血するか、という気分。みんな泳げる仲間ですから「こりゃだめだ」と笑いながら体験しましたっけ。1気圧下で生活していて、1.1気圧になっただけで呼吸ができない。恐ろしいものでした。
絶対おすすめできない実験です。
↓参考
https://dic.pixiv.net/a/%E6%B0%B4%E9%81%81%E3%81%AE%E8%A1%93
水遁の術

池や川、堀などに潜り逃走・潜入する忍術。口に節を抜いた竹を咥えることでシュノーケルにして息を繋ぐのが基本であるが、一説によれば忍者刀の鞘(切っ先を外す)を使うことでより深くまで潜ることが出来たらしい。そこまで長いと肺が苦しそうだが。
ただし、原理上どんなに肺活量があっても、1mを超えるパイプでシュノーケリングを行うとガス交換が出来ず死につながる。良い子はマネしないように。

★もういっちょ。人間の比重はほぼ1。3mくらいあるプールで、体を立てた状態で浮きますと、頭のてっぺんくらいまで沈んでその位置で止まる。体脂肪の多い人は顔が水面に出てくる。ものすごい筋肉質の人は水中に沈んでいく。
さて、アーティスティックスイミングの選手たちは?
体が浮き上がってしまって、沈むことにエネルギーを費やすのは無駄だ。体が沈んでしまって、浮くことにエネルギーを費やすのも無駄だ。そこで、身体の比重をほぼ1にしておきたい。練習で筋肉がついて比重が大きくなってしまわないように、合間にバナナや間食をして、適度に体脂肪を増やして、体の比重管理をすることも大事なのだ、ということです。
https://www.aussiebeef.jp/topics/education/2550

水泳選手の体組成はその他のアスリートとは少し異なります。脂肪は水よりも比重が軽く、筋肉は水よりも比重は重くなります。したがって水に浮くためには、適度に体脂肪があったほうがよいと考えられています。体脂肪を減らすと、その分筋肉の割合が多くなります。筋肉は重いので、水に沈むことになります。

トップクラスの水泳選手の体脂肪率は10%くらいという報告があります。全盛期の北島選手で10~13%、今は病気療養中ですが池江選手の体脂肪率は11%といわれています。陸上の長距離選手の体脂肪率はトップクラスで5%付近ですから、少し体脂肪は多めです。ちなみに一般の人では男性で25%、女性で30%を超えると、肥満と判定されることが多いですので、一般の人に比べると体脂肪は少ないといえます。

★話はそれっぱなし。
http://sports.hc.keio.ac.jp/ja/smrc2017/cn13/cn14/perfomance.html

体脂肪率測定(水中体重秤量法)

水槽の中に置かれた体重計で、頭まで水に沈んだときの体重を測定します(水中体重)。
水中では 身体の体積分の水の重さを浮力として受けます(アルキメデスの法則)。水中体重と外での体重の差から体積がわかり、大気中の体重を体積で割って身体の密度を求めます。そしてBrozek(1963)の式に基づき身体密度から体脂肪率を計算します。
この測定方法は体密度法といい、さまざまな体脂肪測定法のスタンダードともいえるものです。
同じ体密度法を用いた測定機「BOD POD」もあります。(写真右下、現在は相撲診療所に設置し、大相撲力士のメディカルサポートに使用しています)
水中体重のはかり方

水中体重は息を吐き出した状態で測定します。肺内に空気が残っていると浮力が増すので、正確な測定を行うために、最大限息を呼出することが重要です。それでも、残気量といってどうやっても吐ききれない部分が残ります。当センターでは、残気量は推定式により算出しています。

お相撲さんが水槽に潜るのを一度だけ見たことがあります。

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