平手でビール瓶の底を抜くにはどのぐらいの水を入れるといいの?

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★科学★
問題:10代後半から20代前半の男子が好む遊びのひとつにビール瓶の底を抜くというのがあります。ビール瓶の口を思い切り平手で叩くと、瓶の底が抜けるというワザです。
■空っぽのビール瓶だと割れません。ある量の水を入れておくと割りやすいそうです。では、水の量はどのぐらい必要でしょうか?
[い]水蒸気を発生させるためなので、ごく微量で大丈夫
[ろ]約1/10
[は]約1/4
[に]約1/2
[ほ]約3/5以上
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:[ほ]約3/5以上
説明:参考資料*1によれば、おおむね60%~80%の水だそうです。参考資料*2の動画では80%を越えているかもしれません。首の部分だけ、口から2.5cmぐらいだけ空気を残しておくようです。
■水を入れたら瓶の首を持ち、利き手で思い切り瓶の口を叩きます。底の部分が割れます。当然水がこぼれます。ガラスが飛び散ります。屋内ではむずかしいかな。怪我をする危険もあります。試す場合は、参考資料*2の動画をご覧になって、気をつけてやってください。
▼参考資料*2の動画

■素人が考えると、瓶の口を叩くことでまず上の部分の空気が押され、空気が水を押し、水が瓶の底を押して割るように見えます。でも専門家の見方では、もう少し複雑な経緯があるようです。
■瓶の底を割るのは真空が作用するそうです。瓶の口を叩くことにより、瓶自体が強く押されます。でも中の水には慣性が働くそうです。瓶より遅れて動くらしい。その結果、瓶の底にはほんの一瞬だけ真空状態が生まれるそうです。
■瓶の動きが終わったころ、真空に向かって水が移動するらしい。「自然は真空を忌み嫌う」という言葉があるそうです。「真空憎し」という水の勢いは爆縮と呼ばれるほど凄いらしい。ほぼ水中での音速で移動するとのこと。衝撃波が生じ、その力が集中して瓶の底は割れるようです。
■液体の入ったガラス瓶の底が割れる現象は、水撃作用あるいはウォーターハンマーと呼ばれるそうです。ガラス瓶の輸送時にしばしば発生する厄介な現象らしい。ビール瓶を積んだトラックで凸凹道を駆け抜けると、1本ぐらいは底が抜けることがあるのかな。水道の配管で水を急に出したり止めたりしたときにも起きることがあるそうです。ゴンと音がするらしい。どこかで水撃作用が起きたことを示すようです。最悪の場合は配管を破壊することもあるとのこと。
◆参考*1:書籍「物理の疑問」初版148~150頁、担当筆者池田圭一(けいいち)、ISBN978-4-7741-3857-2、技術評論社
◇*2HP「YouTube - Beer Bottle Breaking Tutorial」
http://www.youtube.com/watch?v=X-hBMyaigqI

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