ストローで飲み物を吸えるのはなぜ？
ストローで飲み物を吸えるのは、ストローの中の空気の圧力を下げると、コップの飲み物を押している外の空気の力で、飲み物がストローの中を上がってくるからです。口で飲み物そのものを引っぱり上げているというより、周りの空気が押す力を利用しています。
この仕組みを知ると、ストローを吸わなければ飲み物が上がってこない理由や、途中に穴が開くと飲みにくくなる理由も分かります。
ストローを吸ったとき、飲み物はどう動く？
ストローをコップに入れただけでは、コップの水面にもストローの中にも、ほぼ同じ空気の圧力がかかっています。そのため、飲み物は勝手に口まで上がってきません。
ところが、ストローをくわえて息を吸うと、中の空気が口へ移動してストロー内の圧力が下がります。すると、飲み物の表面を押す外の空気の力のほうが強くなり、飲み物がストローへ押し上げられます。
流れを順番にすると、次のようになります。
- ストローの先を飲み物に入れ、反対側を口でくわえます。
- 口で吸ってストローの中の空気を減らし、内側の圧力を低くします。
- コップの水面を押す外の空気の力が、ストローの中の圧力より強くなります。
- その圧力の差で飲み物が上がり、口まで届きます。
飲むのをやめてストローの中に外の空気が入ると、圧力の差は小さくなり、飲み物は元の水面付近まで下がります。
「大気圧」とは？見えない空気が飲み物を押している
私たちの周りには空気があり、机や人、コップの水面などをあらゆる方向から押しています。この空気が押す力を、面積あたりで表したものが「大気圧（たいきあつ）」です。
ふだんは空気に押されている感覚があまりありません。それは、体や物の内側と外側からかかる力が、おおむねつり合っているからです。
ストローの場合は、口で吸って内側の圧力を下げるため、つり合いが変わります。コップの水面にはいつもどおり大気圧がかかり、ストローの内側はそれより低い圧力になることが、飲み物が上がる理由です。
指でふさぐと、ストローの水が落ちないのはなぜ？
同じ仕組みは、細いストローと水で確かめられます。日本機械学会の実験では、ストローを液体に入れ、上の口を指でふさいで持ち上げると、液体を中に残しておけることが紹介されています。
- 透明な細いストローを、水を入れたコップに差し込みます。
- ストローの上端を指でしっかりふさぎます。
- 指を当てたままストローを持ち上げ、中の水が残る様子を観察します。
- コップの上で指を離すと、水が下へ流れます。
上端をふさいでいる間は、外から空気が入りにくくなり、ストローの上下に圧力の差ができます。その力が水の重さを支えています。指を離すと上からも空気が入り、圧力の差がなくなるので水が落ちます。
この実験では、ストローが太いと水がこぼれる場合があります。細いストローでは水の表面の性質も、水がこぼれにくいことに関係しています。
ストローに穴が開くと吸いにくくなるのはなぜ？
飲み物の水面より上にあるストローの途中に穴が開いていると、口で吸ったとき、その穴からも外の空気が入ってきます。ストロー内の圧力を十分に下げにくくなり、飲み物が上がりにくくなります。
ストローの先が飲み物から出てしまったときも、液体の代わりに空気を吸うことになります。飲み物が少なくなったら、先端が液体に入っているか確認すると、吸えない理由を見分けられます。
また、ストローが折れ曲がってつぶれていると、通り道が狭くなり、飲み物が流れにくくなります。これは穴から空気が入る場合とは別の問題です。
ストローはどこまでも長くできる？
ストローの中で飲み物を高い所まで上げるには、その分だけ大きな圧力の差が必要です。水の重さに逆らって上げるためです。
周りの空気が押す力には限りがあるので、どれほど強く吸っても、無限に高い所まで水を持ち上げられるわけではありません。通常の大気圧では、水を押し上げられる高さは理論上およそ10メートルが上限です。実際に人がストローで飲むときは、それよりずっと短くても吸いにくくなります。
普段使う短いストローで飲み物が飲めるのは、口で作った圧力の差が、飲み物をその高さまで持ち上げるのに足りているからです。