ストローの途中に穴があくと、なぜ水が飲みにくくなるのでしょうか。水の通り道はふさがっていないのに、不思議ですよね。
この謎を解く鍵は、水だけでなく「空気がどこから入ってくるか」にあります。口の中とコップの水面にかかる圧力を比べると、ストローで水が飲める理由も、穴が邪魔をする理由もつながります。
ストロー2本でできる実験から、しょうゆ差しの小さな穴まで。身近な道具を使って、大気圧の働きを考えてみましょう。
1．空気は見えなくても、物を押している
空気は、目に見えない小さな分子が集まってできています。飛び回る分子が物の表面にぶつかることで、その面を押しています。
面を押す力を、一定の面積あたりで比べたものが「圧力」です。周りの空気による圧力は「大気圧」と呼ばれます。
空気が押す力は、意外に大きいものです。標準的な大気圧なら、1cm²の面を押す力は約10N（ニュートン）。約1kgの物にはたらく重力と同じくらいです。
理科の式と、天気予報の単位をつなげよう
圧力を計算するときは、次の式を使います。
圧力〔Pa〕＝ 面を垂直に押す力〔N〕÷ 力がはたらく面積〔m²〕
Paはパスカル、Nはニュートンと読みます。同じ力で押しても、狭い面に集中するほど圧力は大きくなります。
天気予報で聞くhPa（ヘクトパスカル）も圧力の単位で、1hPa＝100Paです。標準的な大気圧の約1013hPaは、約101,300Paに当たります。
では、それほど強い大気圧がかかっているのに、なぜストローの水は、吸わないと口まで上がってこないのでしょうか。
2．吸う前と吸ったとき、変わるのはどちら側？
ふたのないコップにストローを差した状態を思い浮かべてみてください。コップの水面だけでなく、ストローの中の水面にも空気が触れています。
吸う前は、どちらにもほぼ同じ大気圧がかかっています。大気圧があるだけでは、ストローの水は口まで上がりません。
ところが、ストローをくわえて吸うと、口からストロー内にかけての空気の圧力が下がります。コップの水面にかかる大気圧は、そのままです。
つまり、変わるのは口の側。ここに「圧力差」が生まれます。
| 比べる場所 | 吸う前 | 吸ったとき |
|---|---|---|
| コップの水面 | 大気圧がかかる | 大気圧がかかったまま |
| 口につながるストローの中 | 大気圧とほぼ同じ | 圧力が下がる |
上から押しているのに、水が上がるのはなぜ？
コップの水面を押す空気の力は、下向きです。それなのに水が上がるのは、水の中では圧力が上下左右のあらゆる向きに働くからです。
ストロー内の水も、下端のところで、周りの水から上向きに押されています。吸って上側の圧力を下げると、水を上から押さえる力が弱まります。下から押す力が「上から押す力と水の重さを合わせた力」を上回ると、水が上がり始めます。
役割を分けると、こうなります。
- 自分が吸う：口の側の圧力を下げる。
- コップ側の大気圧：水面を押し、水を通してストロー内の水を押し上げる働きをする。
「吸うから」か「大気圧が押すから」か、どちらかを選ぶ必要はありません。吸って圧力差をつくることで、水が口へ向かって流れるのです。
3．穴があると、水より空気を吸い込みやすくなる
問題の穴は、コップの水面より上に出ている部分にあります。
ここに穴があると、吸って圧力を下げようとするたびに、外から空気が入ってきます。口の側の圧力を低く保ちにくくなり、水を持ち上げにくくなるのです。
小さな穴では、水と空気が混じって入ることもあります。飲みにくさは穴の大きさなどで変わりますが、邪魔をしているのは「水の通り道のふさがり」ではなく、「空気の入り込み」です。
では、空気の入り口を開けたり閉めたりすると、飲みやすさはどう変わるのでしょうか。
4．実験：2本のストローで、空気の入り口を切り替えよう
英国物理学会の教材をもとにした実験です。ストローに穴をあける道具は要りません。
用意するもの
- 同じ太さ・長さのストロー2本。透明なものなら水の動きも見やすくなります。
- 飲める水を入れたコップ。
清潔な自分用のストローを使い、座って軽く吸いましょう。無理に強く吸う必要はありません。
まずは予想
ストローを2本一緒にくわえます。1本はコップの水に入れ、もう1本は水に入れず、先を外の空気に出しておきます。
このまま吸う場合と、水の外にあるストローの先を指でふさいで吸う場合では、どちらが飲みやすいと思いますか。
比べてみよう
- 2本をくわえた唇のすき間を閉じます。1本だけを水につけ、もう1本の先は開けたまま吸ってみます。
- いったん吸うのをやめ、水の外にあるストローの下端を指でふさぎます。
- その状態でもう一度吸い、さっきとの違いを比べます。
比べる間は、口の高さやストローを水につける深さをなるべくそろえます。
注目するのは、ふさいだ前後の変化
先が開いていると、もう1本から空気を吸い込み、水は口まで届きにくくなります。先をふさいで吸うと、水が上がりやすくなります。これが、この実験で確かめる違いです。
水を通すストローは、ずっと同じです。もう1本の先をふさぐだけで、口の側の圧力を下げやすくなります。
もし違いが分かりにくければ、唇や指とのすき間から空気が入っていないか確認してみてください。
自由研究に使える記録表
予想は試す前に、結果は試した後に書きます。結果の欄には「水が口まで届いたか」「飲みやすさが変わったか」を残しましょう。
| 空気の入り口 | 予想（試す前） | 結果（実際に見えたこと） |
|---|---|---|
| 開いている | ||
| 指でふさいでいる |
予想と違っても、そのまま書いて大丈夫です。最後に、空気の通り道と結果を結びつけて、自分なりの説明を添えてみましょう。
5．しょうゆ差しでは、空気の穴が役に立つ
空気の入り口は、いつも邪魔になるわけではありません。食卓のしょうゆ差しでは、逆に役立つ場合があります。
しょうゆ差しの中には、注ぎ口とは別の小さな空気穴を指で押さえて、注ぐ量を調整できるものがあります。
しょうゆを注ぐと、容器の中に残った空気が広がり、体積が増えます。外から空気が補われないと、中の圧力が下がり、しょうゆが出にくくなります。空気穴は外の空気を取り込み、この圧力の低下を抑える役目をしているのです。
ストローを通した、ふた付きのビンなら？
水と空気が入った、変形しない硬いビンを想像してみてください。ふたにストローが1本通り、その周囲にも空気が入るすき間はないものとします。
飲んで水が減ると、ビンの中に残った空気が広がり、圧力が下がります。今度は「水面を押す側」の圧力まで弱くなるので、飲み続けにくくなります。
別に空気の通り道を設ければ、外から空気が補われ、水面側の圧力を大気圧に近く保てます。しょうゆ差しの空気穴と、同じ考え方です。
同じ穴でも、つながる先が違う
| 穴がつながる先 | 穴から空気が入ると |
|---|---|
| 口につながるストローの途中 | 口の側の圧力を下げにくくなり、飲む邪魔になる |
| 硬い容器の中の空気 | 水面側の圧力が下がるのを抑え、中身を出しやすくする |
穴を見つけたら、「どこへ空気が入るのだろう？」と考えると、道具の仕組みが見えてきます。
紙パックがペコッとへこむのは？
紙パックの飲み物をストローで飲んでいると、パックがへこむことがあります。
中の圧力が下がり、外の大気圧に押されて変形しているのです。目に見えない圧力差が、パックの形の変化として現れています。
6．発展：20cmの水を支えるのに、大気圧の何％が必要？
コップの水面から20cm高い位置で水を静止させるのに必要な圧力差は、約2,000Pa。hPaに直すと約20hPaです。
標準的な大気圧の約1013hPaと比べると、
20 ÷ 1013 × 100 ≒ 2％
約2％の差で、20cmの水の重さを支えられます。水を飲む速さで流すには、流れの抵抗を乗り越える分も必要です。
高さの限界は、理想条件でも約10.3m
もっと強く吸えば、建物の屋上まで水を持ち上げられるでしょうか。
大気圧だけを使って水を押し上げる場合、1気圧のもとでは、上側を完全な真空にできても約10.3mが計算上の限界です。人が口で飲める高さは、これより低くなります。
高くなるほど、支える水の重さも増えます。押し上げる側の大気圧には限りがあるため、際限なく高くできるわけではありません。
ここでいう高さは管の全長ではなく、コップの水面から口までの垂直な高低差です。横に長く延ばす場合は、次の「流れの抵抗」が問題になります。
長さと太さは、飲む速さにも関係する
水が管を通るときには、流れにくさがあります。これを「流れの抵抗」といいます。
同じ太さなら、管が長いほど抵抗は大きくなります。同じ長さなら、細い管ほど流れにくくなります。そのため、同じ量を同じ時間で飲むには、より大きな圧力差が必要です。
つまり、ストローの飲みやすさは、次の2つに分けて考えられます。
- どれだけ高く、水を持ち上げるのか。
- どんな太さ・長さの道を、どれくらいの速さで流すのか。
長いストローが飲みにくい理由も、立てる場合と横に延ばす場合では、分けて考えられます。
7．紙が水を吸うときは、誰が吸っている？
紙が水を吸う仕組みを調べると、紙の中でも水が上へ進むことが分かります。もちろん、誰かが口で吸っているわけではありません。
紙の繊維の間には細かなすき間があり、水は繊維になじんでぬれ広がります。ここに、水の表面を小さくしようとする「表面張力」も関わって、水がすき間へ進みます。この働きが「毛細管現象（もうさいかんげんしょう）」です。
ストローも紙も、水を動かす圧力差に注目できます。ただし、そのつくり方が違います。
- ストローで飲むとき：吸う動作で、口の側の圧力を下げる。
- 紙が水を吸うとき：ぬれやすさと表面張力が、曲がった液面に圧力差をつくる。
ストローでも、太さや材質によって、吸う前に液面が少し上がったり下がったりします。ただ、ふつうのストローで水を口まで流し続ける主な仕組みは、吸ってつくる圧力差です。
表面張力は、水滴が丸くなる理由にもつながっています。
確認問題：仕組みを説明してみよう
- 吸ったとき、圧力が下がるのは口の側とコップ側のどちらですか。
- 水面より上のストローに穴があると、なぜ飲みにくくなりますか。
- しょうゆ差しの空気穴は、どのように中身を出しやすくしていますか。
- 水を持ち上げる高さと管の太さが同じでも、長いストローで飲みにくくなるのはなぜですか。
答えの例
- 口の側です。コップの水面には大気圧がかかったままなので、差が生まれます。
- 穴から空気が入り、口の側の圧力を低く保ちにくくなるからです。
- 外から空気を補い、容器内の水面側の圧力が下がるのを抑えています。
- 水が通る道が長くなり、流れの抵抗が大きくなるからです。同じ速さで飲むには、より大きな圧力差が必要です。
まとめ：水の道だけでなく、空気の道も見てみよう
ストローで吸うと、口の側の圧力が下がります。コップ側との圧力差によって、水が口へ向かって流れます。
ストローの途中から入る空気は、その差を保つ邪魔をします。一方、容器へ入る空気は、水面側の圧力を保つ助けになります。
同じ小さな穴でも、空気がどこにつながっているかによって、働きは反対になります。ストローやしょうゆ差しを見かけたら、水の通り道だけでなく、空気の通り道にも注目してみてください。
参考資料
Institute of Physics「Impossible Straws」。穴や別のストローからの空気流入と、飲むために必要な圧力差を説明する教材。2026年11月12日閲覧。
https://spark.iop.org/impossible-straws
Harvard Graduate School of Education, Project Zero「Causal Patterns in Air Pressure Phenomena」（2003年）。圧力の説明とLesson 7「Reasoning About Air Pressure Differentials Using Relational Causality」を参照。通常のストロー、穴のあるストロー、密閉容器を比較した教材。2026年11月12日閲覧。
https://pz.harvard.edu/sites/default/files/AirPressureModule.pdf
OpenStax『College Physics 2e』11.4「Variation of Pressure with Depth in a Fluid」。水の重さと圧力の関係を確認。2026年11月12日閲覧。
https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/11-4-variation-of-pressure-with-depth-in-a-fluid
OpenStax『College Physics 2e』11.8「Cohesion and Adhesion in Liquids: Surface Tension and Capillary Action」。ぬれ、表面張力、管の太さや材料による毛細管現象の違いを確認。2026年11月12日閲覧。
https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/11-8-cohesion-and-adhesion-in-liquids-surface-tension-and-capillary-action
『Introduction to Bioengineering』44「Capillary Flow and the Washburn Equation」。曲がった液面と表面張力がつくる圧力差を確認。2026年11月12日閲覧。
https://ucb-bioe.github.io/textbook/chapters/05_diagnostics/08_capillary_flow.html
Colorado State University, Little Shop of Physics「Can you drink through a 30 foot straw?」。大気圧と水柱の高さ、理想条件での約10.3mという上限を確認。2026年11月12日閲覧。
https://www.lsop.colostate.edu/wp-content/uploads/sites/6/2014/10/SuperlongStraw.pdf
OpenStax『College Physics 2e』12.4「Viscosity and Laminar Flow; Poiseuille’s Law」。管の長さ・太さ、粘性と流れの抵抗の関係を確認。2026年11月12日閲覧。
https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/12-4-viscosity-and-laminar-flow-poiseuilles-law
iwaki公式Webショップ「調味料入れ」。フタ付きしょうゆ差しについて、空気穴を押さえて注ぐ量を調整できる機能を確認。2026年11月12日閲覧。
https://igc.co.jp/shop/c/c40/
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