2003-09-21[n年前へ]
■今日見た夕日 
秋になって湿度も低く過ごしやすくなってくる。湿度が低くなると、それに従って雲の高さが高くなっていく。それは、夏の低い雲に慣れた目からするとずいぶんと空が高く感じられるようになる。
そして、そんな秋の空と言えばやはり夕焼けが一番似合うに違いない。今日はそんな秋の夕日が新潟から「 今日見た景色」宛に送られてきています。そういえば、次の「できるかな?」はそんな茜色の景色の話にする予定でいます。
2005-03-31[n年前へ]
■「ふぅぅー」は冷たく「はぁぁ〜」が暖かいホントの理由 前編
「ふぅぅー」と「はぁぁ〜」の温度(≠体感)差は2.5℃。だけど…
先日、「笑っていいとも」を眺めていると、とても私の興味を惹く話題を放送していた。それは、視聴者から番組に対して届けられた次のような質問から始まる話だった。
手が冷たいときに、よく「はぁぁ～」と息を吐いて手を暖めたりします。そんな風に息で手を温めることがある一方で、口を細めて「ふぅぅー」と息を吹いて、手を冷やしたりもします。例えば、掌に「はぁぁ～」と息を吐くと「息が暖かく感じる」のに、それとは逆に「ふぅぅー」と掌に息を吹くと今度は逆に「息が冷たく感じ」ます。どうして、息の吐き (吹き)方によって「同じ息の暖かさ」が違うのでしょうか？
その解説の概要をほぼそのまま書くと、
| | 「はぁぁ～」と息を吐いた場合よりも、「ふぅぅー」と息を吹いた場合の方が口の中における空気の圧力が高くなっている。口の中で圧縮された息は、唇から外へ出たとたんに圧力が下がる(体積が大きくなる)。 その際、「息の空気」と「外気」の間で熱の授受が行われない断熱過程で(体積が膨張し)圧力が低下することになるのだが、そのような場合には(フェーン現象のちょうど逆に)息として吐かれた空気の温度が下がってしまう。つまり、「ふぅぅー」と口を細めて吹かれた息は口の外に出た途端に温度が低くなる。 ところが、「はぁぁ～」と吐かれた息は「圧力変化がほとんどないまま」口から出るので、温度の変化がほとんどなく、体温に近い暖かい温度のままになっている。そのような違いにより、「ふぅぅー」は冷たく、「はぁぁ～」が暖かいのである。 |
というようなものだった。この解説に耳を傾けながら、私は『へぇぇ～、「ふぅぅー」と「はぁぁ～」で本当に息の温度が違うものなんだぁ。へぇぇ～、そうなんだぁ～』と納得つしつも、少しばかり不思議な気持ちになった。
確かに、「ふぅぅー」と「はぁぁ～」という「二つの異なるやり方」で自分の掌に息を吐いてみると、ずいぶんと息の温度が異なって感じる。「はぁぁ～」と息を吐くと息がとても暖かく感じるし、「ふぅぅー」と息を吹くと(さっきと同じ息なのに)息がとても冷く感じる。そして、この「二つの異なる息」の温かさは大きく異なっているように感じる。息が口から出る瞬間の圧力変化が原因で、「それほどの温度差」が生じるものなのだろうか？ もちろん、番組の中では特に数字を挙げた説明もされていなかったので(あくまでバラエティ番組の「笑っていいとも」なんだから)、息を「ふぅぅー」と吹く場合と「はぁぁ～」と吐く息の間で感じる温度差についてちょっと調べてみることにした。
まずは、息が口から出る瞬間の圧力変化量を推定するために、口の中における圧力がどの程度の大きさなのかを考えてみよう。息を吸うときには「胸腔内部の気圧が下がる」ことで空気を体内に取り入れる。そして、息を吐くときには「胸腔内部の気圧が上がる」ことで、肺から息が口から外へ排出されることになる。このような呼吸の過程において、口・唇から肺内部にわたる人間の体内においての(呼吸における空気の速度が非常に遅いことを考えれば)空気圧はほぼ一定と考えて良いだろう。つまり、口を境にして体外・体内で圧力が異なり、体内＝「口・肺内部」が高くなったり、低くなったりすることにより、呼吸が行われているわけである。そこで、唇を境として、「体内の気圧」と「体外の気圧(＝大気圧)」が異なっている、というモデルでとりあえず考えてみることにしよう。
そのような呼吸を行っている際に、「口・肺内部における空気圧」がどのような時間変化を示した一例が図.1である。実線で「通常の呼吸時の肺(口)内部の空気圧」時間変化を示し、破線で(ちょうど、「ふぅぅー」と息を吹く時のように)口を細めて軽く息を吹き出した場合の「口・肺内部における空気圧」時間変化を示している。通常の呼吸であれば、大気圧(101.3 kPa)を中心として、プラスマイナス 0.2 kPaの程度の範囲で上下しているし、口を細めて息を吹いたり吸ったりするような場合だと、プラスマイナス 2 kPaの範囲内で上下していることになる。
図.1 口・肺内部における空気圧の時間変化実線：通常の呼吸の場合破線：口をすぼめて呼吸した場合 
つまり、普通の呼吸では体内と体外の圧力の差は0.2%程度に過ぎないが、「ふぅぅー」と息を吹くような場合には、2%ほど体外と体内で圧力が異なることになる。
もちろん、もっとキアイとガッツで強く息を吹いたり吸ったりするのであれば、体外と体内の空気圧の差はこれより大きくなるに違いない。そうは言っても、「気道内での圧力が(大気圧との差として) 3.92kPa を超えると肺の損傷が起きる恐れがある」という話もあるくらいだから、体内での空気圧は根性を最大限込めて、血管がブチぎれるくらい力んでみても、せいぜい101 ± 3 kPa の範囲に収まるくらいだと考えておくのが、健康的には良いだろう。もし、本当にそれ以上根性を込めたとしたら、血管はともかく肺がブチ切れてしまうに違いない。
ということは、「ふぅぅー」と息を吹く時には、息は「体内で101 + 3 (kPa) = 104 (kPa)程度」の圧力から断熱過程で「大気圧相当の101.3 kPa」まで圧力が変化することになる。その圧力変化が一瞬で生じ、息と他のモノの間で熱の受け渡しが無かったとしたら、つまりは断熱過程のもとで圧力変化が生じた場合には、ポアッソン(Poisson)の式により、変化前後の気体の温度と圧力の間に、
- T p-(γ-1)/γ = 一定
- T: 空気の温度
- p: 空気の圧力
- γ: 空気の比熱比 (標準空気の比熱比 = 1.4)
そこで、息の(温度と圧力)が仮に体内で(32 ℃, 104kPa)だったものとして、息が口から外(圧力 = 大気圧 101.3 kPa)へ出たときに何度程度になっているかをポアッソンの式にもとづいて計算してみた。そして、その結果を簡単なグラフにしてみたものが図.2 である。なお、図.2では、○で示す「体内で(3 2℃, 10 4kPa)だった息」が、口から外に出た瞬間の温度を示している。ここでは、横軸が外気圧であり、縦軸が(その外気圧のもとでの)息の温度になっている。
図.2 体内で(32℃, 104kPa)の息は口から外(101.3kPa)へ出たときには、息は29.5℃になっている 
このグラフを眺めると、例えば外気圧が 101.3 kPa であれば、その外気圧のもとでの息の温度(×で示す) は、29. 5℃ほどであることがわかる。つまり、「ふぅぅー」と息を吹いた場合、体内で30 ℃ほどであった息が1.5 ℃ほど温度が低下して29.5 ℃程度になっている、ということになる。もちｒん、実際には体内での息の湿度は80%程度にはなっているだろうから、おそらく息の比熱比は1.4よりほんの少し小さいだろう。だから、実際には吹かれた息の温度はもう少し(といってもほんの少しだが)暖かいだろう。
いずれにせよ、このように、「ふぅぅー」と吹かれた息は口から外へ出たとたん、確かに2 ℃強ほど温度が低下するわけだが、「はぁぁ～」と息を吐く場合には「息の温度」は口の外で何度くらいになっているものだろうか？つまり、「ふぅぅー」と「はぁぁ～」というやり方で吹かれた「二つの異なる息」は何度くらい温度が異なるものだろうか？
「はぁぁ～」というような「非常にゆっくりと」「口を大きく開けた状態で」息を吐いた場合、体内と体外での圧力変化は「通常の呼吸時」よりさらに小さい。つまり、体内と体外でほとんど圧力差が内と考えるのが自然である。そのような場合、「体外に吐かれた息の温度」は「体内での息の温度」とほぼ同じであることになる。つまり、今回の計算で使った数字を使うと、「はぁぁ～」と息を吐いた場合、息の温度は32°ほどであることになる。
ということは、「笑っていいとも」で解説されていたように、 「ふぅぅー」と吹かれたかれた息は「はぁぁ～」と吐かれた息より2.5 ℃くらい温度が低いということがわかる。なるほど、「ふぅぅー」と「はぁぁ～」という二つの息は温度が確かに異なるようだ。とはいえ、私たちが感じる「ふぅぅー」と「はぁぁ～」の温度差は果たして、この2 ℃程度の数字で説明できるものなのだろうか？ もちろん、2 ℃強と言えば十分な温度差であるかもしれないが(37℃の体温と39℃の体温は大違いだ…)、何だか30℃でも32℃でも(私の感覚からすると)どちらにせよ「暖かい」ような気がしないでもない。ヘンな例え話だとは思うが、気温が30℃でも32℃でもどちらにしても暖か い(というより熱い？)ように思える。決して気温30℃が涼しかったり冷たかったりするようには思えない。
というわけで、断熱過程下での圧力変化により生じる温度変化だけで「ふぅぅー」は冷たく「はぁぁ～」が暖かい理由とすると、何だか少し不思議な気分になってしまう*。 そこで、 「ふぅぅー」と息を吹くときと、息を「はぁぁ～」と吐くときの違いについて、他にも影響を与えそうな原因なども考えながらもう少し追いかけてみることにしたい。そして、『「ふぅぅー」は冷たく「はぁぁ～」が暖かいホントの理由』について考えてみたいと思う。というあたりで、(ちょっと長くなってしまったので)「断熱過程下での圧力変化」以外の他要因については次回に続くのココロ、だ。
それに加えて、「何かの現象を説明するのに、一つの理由だけを考える」というのは、えてして落とし穴にハマリがちだったりもする(そんな気がするだけだが)ので、他の理由も考えたり知ってみたい、と思う。
2007-08-25[n年前へ]
■技術エトセトラ
海辺を走ると、湿度は高いけれど、温度が低い風が吹いている。
（半ば強引に）「寄贈してもらった」キューブPCにサーバ環境をセットアップして、rake migrateすると、コア温度が高くならないのがうれしい。いつも使っているノートPCでは、WAITをかけずにCPUを回すと、すぐにアッチッチになって、リブートしてしまっていた。
最初、「良いところ」に目が向く。「良いところ」を拾い上げ大きくする。 ところが、しばらくすると「悪いところ」だけを眺め続ける作業が続く。
前者も、そして、後者も、新技術が普及していくためには必要な過程なのだと思う。
とてもシンプルに「手を動かしている人が一番エライというのが、技術の世界の素朴で素晴らしいところでもある思っている。
関東弁の「偉い」だけでなく、関西弁の「えらい」の意味も加えて。
2007-08-26[n年前へ]
■夏の終わりの浜辺の音楽
湿度が高いけれど、涼しくなってきた夏の終わり。風が吹く浜辺沿いでは、昨日は浜茶屋だった場所で、ビールやカクテルが売られている。夏の最後の風と、少しのアルコールと、流れる音をを楽しんでいる人たちは、とても心地よさそうだ。
風吹く浜辺では、気持ちよい音楽を体で感じることができる。少し離れたところでは、アコーディオンとバイオリンの音が、ウッドベースの音に支えられながら流れている。
2009-05-23[n年前へ]
■登山の下着の科学を「システム」として考えてみたい・・・!?
「新しい衣服衛生
水は1g当たり、たとえば25℃で583calと大量の気化熱を奪う。よく登山のときには羊毛の肌着を着ると良いといわれる。この理由は、濡れた時の熱伝導率がほかに比して小さい*ということと縮れ構造のかさ高性による保温効果もあり、さらに湿感も少ないが、もっとも重要なことは、繊維中最大の吸湿性（20℃,相対湿度65%で16%）があるため、汗をよく吸いとってくれるということ、そして同時にその吸湿時に発生する多大の湿潤熱により加温されるということがある。この説明には図が付けられていて、布の水分率(%)が上昇すると通常有効熱伝導率(W/m・K)は上昇するが、他の布に比べて羊毛は、全水分率にわたってかなり低い有効熱伝導率であることが示されています。
ちなみに、湿潤熱というのは、熱測定学会の説明をひいてみると、「浸漬熱（現在では"しんせきねつ"とも読むが"しんしねつ"が正しい読み方）あるいは湿潤熱=DHimmは、固体が液体に浸漬した際の固体表面エンタルピーの消失と、それと同時に起きる固－液界面の生成に伴う固液界面エンタルピー発生によるエネルギー変化により生じ、固体表面のエンタルピーhSと固液界面のエンタルピーhSLの差に等しい（DHimm＝hSL－hS）」とあります。
登山の下着ひとつを考えるだけで、そこには色々な科学が隠れているものだ、と驚かされます。
ところで、いちばん最初の「登山のときには羊毛の肌着を着ると良い」という説明を読んで、システム・ダイナミクス的に考えてみると、果たして本当に「羊毛の肌着が良い」のかわからなくなったのです。湿度・汗・熱（温度）などを考えた時、果たして「多大の湿潤熱は果たして良いものなのか」がよくわからなくなりました。
下着を湿らすのは周りの湿気や、登山者の汗だと思います。湿気が高い時、登山者が汗をかいた時、湿潤熱が発生することが良いか・悪いかは、その時の気温にも依存する話のように思えます。汗をかいた時に、ますます熱くなってしまうと、もっと汗をかいてしまうことになり、何だか困るような気がします。その登山中の全過程における、気化熱や周りの気温とのバランス次第で、「多大の湿潤熱」が良い・悪いは変わるでしょう。
私は気軽な登山はしますが、本格的な登山というものをしたことがありません。発熱や湿度や発汗の関係、あらゆる作用を考えた動的なシステムとして考えてみると、一体「最適な登山の下着」はどういうようになるのでしょうか？
」など。