父の「ホース1本」の魔法、サイフォンの原理がつなぐ未来（夏休みの自由研究にも！）

はじめに

お空の星は明るいあかり、そらのあかりだよ！
もうだいぶ暖かくなってきたけど、雪国ではまだ灯油を使ってるところもあるかな？

灯油をストーブに給油するとき、ギュッギュッとするあの赤い蛇腹のポンプ。

灯油缶から灯油を吸い上げてストーブに給油するわけだけど、チューブが灯油で満たされたら、何もしなくてもどんどん灯油がながれていく。

灯油缶からまるで重力に逆らって灯油が管をさかのぼっているかのようだよね。

この「一度始まったら止まらない」物理現象、長岡藩三代藩主 牧野忠辰が家来への教育のために広めた「十分盃（じゅうぶんはい）」っていう、最高に粋で意地悪な酒器にも使われているんだ。

このおちょこ、真ん中に不思議な突起があって、「八分目」のラインが引かれている。 一人で静かに手酌をしながら、「もう少しだけ・・・」なんて欲を出して「おっとっとっと！」と「八分目ライン」を越えた瞬間。

突然魔法が発動したみたいに、おちょこの中身が底の穴から一滴残らず、畳の上へと流れ出ちゃうんだよ。

いい？八分目ラインを超えた分だけこぼれるんじゃなくて、それまでついだすべてのお酒がこぼれちゃう。

「何事も八分目くらいでやると全てうまくいく。欲を張ればすべてを失う」

そんな厳しい教訓を、他人のせいにできない「手酌」という状況で、力学的なギミックを使って叩き込んでくる。

でも、一体なぜポンプに何の電力も供給してないのに灯油が吸い上がり、お酒は一度ラインを越えたら、全部なくなるまで止まらない・・・なんてことが起きるんだろう。

サイフォンの原理

子どものとき、実家にあった石臼にたまった雨水を、ダムの技術者である父がホース1本で全部抜いたときに教えてくれたのがこの「サイフォンの原理」だった。

これが、灯油のポンプや十分盃の不思議な現象の正体なんだ。

ポイントになるのは「重力」、そして「管の中が液体で満たされていること」の２つ！

十分盃で説明しよう。

左図を見てほしい。真ん中の突起部内部にお酒は入るけど、その分下の穴から空気が抜けるだけ。

何も起こらず、普通につげる。さけがのめるさけがのめるさけがのめるぞ〜♪

右図をみてほしい。突起部内部の穴より酒の液面が上に来ると酒は重力でもちろん下に流れ出る。

その時、上の空いた空間はどうなるか。お酒が吸い出された分圧力がさがって、これが吸い上げる駆動力になるんだよ！それによって、突起部下部の隙間からお酒が吸い上げられる。・・・そう、お酒がほとんど空になるまで重力は容赦なく液体を落とすし、空隙は容赦なくお酒を吸い込むわけ。

サイフォンの応用

今回は２つだけ紹介するね！ひとつは、防災、もうひとつはエネルギーだよ。

防災

実はね、さっきお話しした「ダム」や「河川の防災」の最前線で、このサイフォンの原理が今、改めて大活躍しているんだよ！

近年、ゲリラ豪雨や台風で川の水が急激に増えてしまう水害が増えているよね。大雨のときって、落雷や強風で「停電」してしまうリスクがすごく高い。電気で動く巨大な排水ポンプに頼っていると、いざという非常時に電気が止まって排水できなくなっちゃうかもしれない。

そうなっちゃったらダムが決壊してとんでもない被害が出てしまう。

そこで見直されているのが「サイフォン式の排水システム（サイフォン式洪水吐など）」なんだ。

仕組みは、巨大な十分盃とまったく同じ。 川やダムの水位が、あらかじめ設定した「危険な高さ（＝十分盃の八分目）」を越えると、管の中が水で満たされて、自動的にサイフォンの魔法が発動！高低差と重力の力だけで、ものすごい勢いで水を安全な場所へ吸い出してくれるの。

これの何がすごいって、危険水位を検知するにも、排水するにも「電力が一切いらない」こと！

水位が上がれば勝手に作動して、安全な水位まで下がって空気が入れば勝手に止まる。センサーもモーターも使わないから、災害でどれだけインフラがダメージを受けても絶対に動いてくれる、究極の「自然エネルギー駆動の安全装置」ってわけ。

父が石臼の水を抜いて見せてくれた技術は、今も私たちの街を水害から守るために進化し続けているんだね。

サイフォン式小水力発電

高低差があまりとれないとき
水を通す穴を工事するのが難しいとき

こんな条件でも水力発電をしたい！というニーズに応えるのが、サイフォン式小水力発電と呼ばれる技術だ。

4m程度の落差でも、サイフォンの原理を使えば十分な水の流れを生み出すことができる。

サイフォンの原理によって水は吸い上げられた後に低い方へ落ちてゆくので、穴を開けなくても水を流すことができる。

日本は水力発電がかなり発達していて、水のポテンシャルエネルギーから電気を生み出せるところは高確率で開発済みなんだよね。

ところが、この小水力発電は水力発電の可能性を一気に広げることが出来たんだ。

たとえば、堤防の中を流れる川の水をエネルギーに発電したいとする。
水を流すために堤防に穴を開けては本末転倒だ。堤防が脆弱になってしまう。
ところがサイフォン式なら堤防をまたいで水を流せるので、堤防の機能は損なわれない。

水の高低差を作っているのは、地球の循環、太陽のエネルギー。
海まで落ちていった水は雲になって雨となり、山にふる。
山に降った雨は川を流れ水路を巡りまた海に落ちていく。

少なくとも地球環境が安定していて、太陽がある間はこのシステムが止まることはない。
永久機関ってこういうもののことを言うんじゃないかな！

おわりに

サイフォンも夏休みの自由研究におすすめだよ！
サイフォンの原理をつかった自分だけのカラクリを考えてみよう！

それじゃ、また次の記事でお会いしましょう。
サラダバー！！