「ドン！」の正体は水の暴走だった!?配管を襲う水撃現象の科学（ウォーターハンマー）
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
「ドン！」その音の正体、知っていますか？
洗濯機や食洗機が動いているとき、突然「ドン！」という大きな音が配管から聞こえてきて、驚いたことはありませんか。実はあの音、配管の中で水が一瞬にしてハンマーで叩かれたような衝撃を受けているサインなんです。今回は、そんな身近だけど意外と知られていない「水撃現象（ウォーターハンマー）」について、こちらの動画をきっかけに調べてみました。
正直なところ、私自身も「水撃」という言葉をあまりよくわかっていなかったので、実際に調べながら記事にまとめてみることにしました。
水撃現象とは何か
蛇口やバルブを急に閉めたときに、「ドン！」という大きな音や振動が配管から聞こえることがあります。これが水撃現象によって引き起こされているとのことです。名前の通り、まるで配管をハンマーで叩いたような衝撃が生まれることから、この名前がついています。
水道管の中を流れる水は、それなりの速さと質量を持って流れています。つまり「運動量」を持っている状態です。
ここで弁を急に閉めると、水は本来なら流れ続けたいのに、行き場を失います。満員電車が急ブレーキをかけたときに、後ろの乗客が次々と前の人にぶつかっていくのと同じように、後ろから来る水が、堰き止められた水に次々とぶつかっていきます。
この「行き場を失った運動エネルギー」は消えてなくなるわけではなく、一瞬で圧力エネルギーに変換されます。これが水撃圧と呼ばれる、通常の水圧よりもはるかに大きな圧力です。満員電車の例えで言えば、後ろの人たちがドンと押し込まれる、あの一瞬の圧迫感こそが、配管の中で起きていることそのものなんですね。
どのくらいの圧力になるのか
面白いのは、この圧力の大きさが「弁をどれだけ急に閉めたか」に強く左右される点です。ゆっくり閉めれば、水は徐々に減速でき、衝撃は小さく済みます。しかし一瞬で閉めると、水の運動エネルギーが逃げ場なく圧力に変わるため、通常の水道水圧の何倍、時には何十倍もの圧力になることがあるそうです。
さらに驚くべきことに、この圧力の衝撃波は音速に近い速さ（水中では秒速1000〜1400メートルほど）で配管の中を伝わっていきます。弁からタンクや水源まで到達しては跳ね返り、また戻ってくることを繰り返すため、「ドン、ドドドド…」と音が何度か続くことがあるのです。まさに、目に見えない水の中で、音を超えるスピードの押し合いが起きているというわけですね。
身近に起きている水撃現象
実は水撃現象、私たちの生活のあちこちで、こっそり起きています。
・洗濯機や食洗機の給水弁が閉まる瞬間の「ドン」という音
・トイレのタンクに水が満水になり、フロート弁が閉まるときの振動
・蛇口を勢いよく閉めたときに配管全体が揺れる感覚
こうして見ると、「あの音、そういうことだったのか」と思う瞬間がいくつもあるのではないでしょうか。
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