ストローで吸うと、飲み物が口まで上がってきます。ところが、水面より上に出ている部分に穴があると、同じように吸っても飲みにくくなります。飲み物の通り道はふさがっていないのに、なぜでしょうか。
ストローで飲めるのは、吸って口の側の圧力を下げると、コップの水面にかかる大気圧との間に差ができるからです。穴から空気が入ると、この差を保ちにくくなります。
ただ、空気が入ることが常に邪魔になるわけではありません。ストローの途中にあいた穴は飲むのを妨げますが、硬い容器のふたにある穴は、むしろ飲みやすさを助けます。同じ「穴」でも、場所によって役割が正反対になるのです。
吸うとき、口の側では何が変わる？
まずは、ふたのないコップに水を入れ、ストローの下端を水につけた状態を考えてみましょう。
空気は、動き回る分子の集まりです。分子は物の表面にぶつかり、その面を押しています。一定の面積あたりに働く力の大きさが「圧力」で、周囲の空気による圧力を「大気圧」と呼びます。
吸う前は、コップの水面にもストローの中の水面にも、ほぼ同じ大気圧がかかっています。ストローの中だけ、水が口の高さまで上がってくることはありません。
ここでストローをくわえて吸うと、口の中と、それにつながるストロー内の空気の圧力が下がります。一方、コップの水面には、変わらず大気圧がかかっています。
口の側は低い圧力、コップ側は大気圧。この差によって、水がストローを上がってきます。
上から押している空気が、なぜ水を上へ動かせる？
「コップの水面を上から押すなら、水は下へ行くのでは？」と思うかもしれません。
水の圧力は、下向きだけに働くわけではありません。コップの側面や底が水から押されるように、水の中ではあらゆる向きに働きます。水面にかかる大気圧も、水を通してストローの下端まで伝わっています。
ストローの上側の圧力を下げると、下から水を押し上げる力が、上から押す力と水の重さに勝り、水が上へ動きます。水面を押す向きと、水の進む向きが同じでなくてもよいのです。
吸って口の側の圧力を下げ、大気圧が水を押し上げる。この二つがそろって、飲み物が口まで届きます。「吸う」と「大気圧が押す」は、同じ仕組みをそれぞれの側から見た説明です。
水を20cm支えるなら、圧力差は大気圧の約2％
では、どれくらいの差が必要なのでしょうか。
コップの水面より20cm高い位置に水を支える圧力差は、約2,000パスカル。標準的な大気圧の、わずか約2％です。真空に近づけなくても、水の重さを支えられるのです。
これは水が止まっている状態での計算です。実際に飲むときには、流れの抵抗を乗り越える分の圧力差も必要になります。
では、いくらでも高く吸い上げられるのでしょうか。
答えは、ノーです。1気圧のもとでは、上側を完全な真空にできると仮定しても、支えられる水の高さは約10.3m。これは人が実際に飲める高さではなく、理論上の上限です。強く吸えば、どこまでも水が上がるわけではありません。
ここで大切なのは「ストロー自体の長さ」ではなく、「コップの水面からどれだけ高く持ち上げるか」です。長いホースを横に延ばすことと、水を10m上へ持ち上げることは別の話になります。
ストローの穴から、空気が割り込んでくる
コップの水面より上に出ているストローの部分に穴があると、吸ったときにそこから外の空気が入ってきます。
口の側の圧力を下げようとしても、空気が補われるため、水を持ち上げる圧力差を保ちにくくなります。通り道は開いているのに、空気ばかり吸い込むようになる。これが飲みにくさの理由です。
穴があっても、水を持ち上げる圧力差を保てれば飲めます。どれくらい飲みにくくなるかは、穴の大きさや位置、吸い方で変わります。
この違いは、ストローに穴をあけなくても試せます。英国物理学会の教材では、2本のストローを使う方法が紹介されています。
- 清潔なストロー2本を一緒にくわえ、1本の下端だけをコップの水につけます。
- もう1本の下端は水の外に出したまま、軽く吸ってみます。
- 水の外に出ているほうの下端を指でふさぎ、同じくらい軽く吸って比べます。
外に出たストローが開いていると、空気を吸い込みやすく、水は上がりにくくなります。その先を指でふさぐと、水が上がりやすくなります。空気の入り口を閉じることで、口の側の圧力を下げやすくなるためです。
水が通るストロー自体には、何も手を加えていません。変えたのは、もう1本のストローから空気が入るかどうかだけです。それだけで飲みやすさが変わる点に、この比較の面白さがあります。
硬い容器では、空気の入り口が飲みやすさを支える
今度は、水と空気が入った硬いビンを考えてみます。ふたは、ストローの差し込み口も含めて隙間なく密閉されているとします。
この状態で水を少し飲むと、ビンの中では水が減った分だけ空気の占める空間が広がります。外から空気が補われなければ、容器内の空気の圧力は下がります。
今度は水面を押している側の圧力まで下がるため、口の側との差を保つのが難しくなり、飲み続けにくくなります。ふたに空気の通り道があれば、減った水の分を外の空気が補い、水面にかかる圧力を大気圧に近く保てます。
| 空気が入る場所 | 圧力への影響 | 飲みやすさへの働き |
|---|---|---|
| ストローの途中（水面より上） | 口の側の圧力を下げにくくする | 飲みにくくする |
| 硬い容器のふた | 水面側の圧力が下がるのを抑える | 飲み続けやすくする |
同じ空気の入り口でも、下げたい側の圧力を戻してしまうのか、保ちたい側の圧力を支えるのかで、役割が正反対になります。
ストローで飲むと、紙パックがペコッと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るためです。へこむと容器自体が小さくなるので、硬いビンほど空気の空間が広がらず、圧力の低下が抑えられます。身近な容器のへこみにも、内と外の圧力差が表れています。
長いストローや細いストローは、なぜ飲みにくい？
飲みやすさには、持ち上げる高さだけでなく、通り道の長さや太さも関係します。
同じ太さなら、長い管ほど流れの抵抗が大きくなります。横に延ばしただけで持ち上げる高さが変わらなくても、同じ量の水を同じ時間で流すには、より大きな圧力差が必要になります。
同じ長さなら、細い管ほど流れにくくなります。まっすぐな円管を水が層状になめらかに流れる計算では、半径を半分にすると、同じ圧力差で一定時間に流れる量は16分の1になります。太さが半分になったからといって、流れる量も半分で済むわけではないのです。
つまり、「どれだけ高く持ち上げるか」と「どれだけ流れやすいか」は別の問題です。静止した水を支えるだけの圧力差をつくれても、飲みたい速さで流せるとは限りません。
紙が水を吸うのとは、何が違う？
以前取り上げた紙が水を吸う仕組みでも、水は容器の水面より上へ進みました。でも、紙には口をつけて吸う必要がありません。
紙では、水になじみやすい繊維のすき間へ、毛細管現象によって水が進みます。紙ではぬれと表面張力が、ストローでは吸う動作が、水を動かす圧力差をつくります。
ストローでも毛細管現象は起こります。例えば、内径6mmの管を水が完全にぬらす条件なら、水の上昇は計算上約5mm。20cmほど上の口まで水を流す働きとは、規模が違います。材質によっては、吸う前の液面が少し下がることもあります。
水と接する面による違いは、水滴が丸くなる理由と、表面による広がり方の違いでも説明しています。
まとめ：同じ「空気の入り口」でも、場所が変わると逆になる
ストローで飲めるのは、吸って口の側の圧力を下げ、コップ側との間に差をつくれるからです。
ストローの途中から空気が入ると、その差を保ちにくくなります。反対に、硬い容器のふたから空気が入ると、水面側の圧力が保たれ、飲み続けやすくなります。
穴があること自体がよいか悪いかではなく、その穴がどちら側の圧力を変えるものなのか。そう整理すると、ストローと空気の関係がすっきりと見えてきます。
次にストローを使うときは、口元だけでなく、飲み物の水面に触れている空気にも目を向けてみてください。
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
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