軽くて丈夫な容器の中を真空にした場合,その容器は空中に浮かぶのでしょうか? 教えてください.

また浮遊が可能ならば,具体的にどのような素材でその容器を作れば実現できるでしょうか? 真空で潰れない強度と,空中に浮かぶ軽さを併せ持った素材が必要だと思うのですが.
容器の中を真空にするための条件は考えなくて結構です.
回答よろしくお願いします.

回答の条件
  • 1人2回まで
  • 登録:2006/05/16 02:10:04
  • 終了:2006/05/23 02:10:03

回答(12件)

id:Pasta001 No.1

Pasta001回答回数17ベストアンサー獲得回数02006/05/16 02:22:13

ポイント15pt

容器も空気より軽ければ浮く事になると思いますが、現実問題としてはない話ではないでしょうか。

id:Dat3

回答ありがとうございます.

やはり真空に耐えうる軽い素材はないでしょうか.

2006/05/16 15:20:10
id:forestz No.2

forestz回答回数6ベストアンサー獲得回数02006/05/16 02:57:54

ポイント14pt

容器の重さが、容器の体積分の空気の重さよりも軽くなれば浮くはずです。

ちなみに空気の密度は1.2kg/m^3らしいので、仮に1辺が1mの立方体を考えると、表面積は6m^2となり、1m^2あたり0.2kg以下で真空に耐える材質があれば可能になるはずです。

同一体積でもっとも表面積が小さくなるのは球体なので、もう少し条件は緩くなるのですが、実際には真空に耐えられずにつぶれてしまうと思います。「水蒸気で満たした空き缶を急冷して、真空状態を作りだし、空き缶をつぶす」ような理科の実験みたいのだとネットで検索すれば沢山でてくると思います。

現実では、容器の内部からと外部からの圧力が等しくなるように、空気よりも軽い気体(ヘリウムとか)で満たすのが基本だと思います。

id:Dat3

回答ありがとうございます.

空き缶を外気圧で潰す実験は,テレビでもたまに紹介されてますね.確かに,浮かべるには空気より軽い気体で満たすのが基本だと思います.

しかし,真球だと圧力のかかり方が均等になって,潰れずに形を保てるということはありえるじゃないかなと思ったりします. 重力等の外気圧以外の条件を考えると多少歪んだ形になるのが理想的かもしれないですが.

2006/05/16 17:13:34
id:kamisama No.3

kamisama回答回数549ベストアンサー獲得回数112006/05/16 02:27:15

ポイント15pt

その容器の重さ<その容器の体積と同じ体積の空気の重さ

であれば浮きます。

そういう素材は、それに近いのも含めてありません。

 

小学生が読む理科の本とかの思考実験の材料としてよく出てくる話ですね。

「超軽い丈夫な金属の容器に空気より軽いヘリウムガスを入れたら空中に浮いた。

 では、そのヘリウムガスを抜いたら(容器が変形しないものとして)どうなるだろう?」

みたいな感じで。

id:Dat3

回答ありがとうございます.

体積の同じ空気より軽い容器になる素材は,近いものも含めてないのですね.わかりました.

2006/05/16 17:37:30
id:tarepanda777 No.4

tarepanda777回答回数116ベストアンサー獲得回数42006/05/16 06:46:39

ポイント14pt

「浮かぶわけないでしょ。」と書きそうになりましたが、よくよく考えてみると違いますね。2ちゃんねるでもそんなことを議論しているスレがありました。大気圧に耐え浮力よりも軽い容器であれば、理論上は浮かぶはずです。

http://natto.2ch.net/sci/kako/1016/10165/1016545164.html

素材としては空気(酸素とか窒素とか)を透過しないもので、大気圧に耐えられる強度を持ったものが必要ですね。ドラム缶を真空にして大気圧でつぶす実験がありますが、あれに耐えられるものでなければだめということですから、難しいでしょう。

私の想像では、サッカーボールの縫い目のような構造をもつフレームをつくり、上であげたような理想の素材で隙間なく包み、最後に中の空気を抜けば、真空風船ができるのではないかと思います。素材とフレームを合わせた質量は、空気の密度(1立方メートルで1.3Kgぐらい)より軽くする必要があります。

id:Dat3

回答ありがとうございます.

真空風船ですか.2chにもそういうスレがあるんですね.

サッカーボールの縫い目状のフレームというのは,スレの中のリンクの

http://www.unm.edu/~keithw/mindWanderings.html

の"A Rising/Floating Vacuum Balloon"を発展させたモノと考えたらいいのでしょうか? そうすると,強固なフレームに薄い膜状の素材を貼り合わせて容器を作る事も可能ですね.

単一素材で真球状の容器ばかり考えていたので,参考になりました.

2006/05/17 01:33:11
id:NAPORIN No.5

なぽりん回答回数4723ベストアンサー獲得回数8742006/05/16 13:46:41

ポイント14pt

そんな軽くて丈夫な容器があれば浮かびます。

ヘリウム風船だって浮かびますもんね。

ただ素材が現実に存在するものでとなると・・。

空気は比重がごく軽いので、

中をわざわざ真空にしたことで生じる浮力よりも

容器そのものの質量が重くなる素材ばかりです。

たとえば水族館で展示してある、

深海にさらされた発泡スチロール容器

(これは知られている中では重さのわりに強い形状の素材の一つです)を

考えてみると、

水の粘性が高いせいもあって浮上するまでに時間がかかり、

その時間で1/5模型みたいにすっかりつぶされたりしています。

大気下における真空も同じようなものでしょうね。

ただしミクロン・ナノメートルレベルでもよいなら

近いものはあります。

(カーボンナノチューブとかフラーレン型C60をもう少し大きくしたものなどは近い挙動かもです)

また他にすでにあるもののなかで近いとすれば

マイクロバルーン(工業製品)、

シラス(火山灰)などはかなり軽いつよいものです。

このような「近い」素材と

火星の大気など、比重の重い気体+重力弱いという条件

の組み合わせでならどうにかなりそうです。

id:kubira711 No.6

kubira711回答回数132ベストアンサー獲得回数02006/05/16 16:33:16

ポイント14pt

ペットボトルの素材で形状を物凄く頭使って考えるかコンピューターでシュミレーションすれば、例えば中にナイロン糸をトラス状に張って張力で外側からの圧力に反対方向に作用するものと膜面の形状の相乗効果とか、(実際の形状が思いつかないのであくまでいい加減、あてずっぽうですが)とにかく今まで考案されていない形状、(ルービックキューブが初めて世に出てきた時みな驚愕したような)が考案されればあるいは可能性は捨てきれないかも。

因みにペットボトルは中に2気圧の空気を詰めてフタしても十分耐えます。

二重にして外側がつぶれる力を内側をその内側から支える力に

をうまく反転させて利用するとか何か考えられないでしょうか。何れにしても形状と自重との戦いになると思いますが夢は捨てたくありませんね。もしこれが可能なら外側形状はだいたい真球に近くなるはずなのですが。

id:kubira711 No.7

kubira711回答回数132ベストアンサー獲得回数02006/05/16 17:43:15

ポイント14pt

(1)ペットボトルのような素材で二重膜を作り、二枚の膜

の間に同じような素材でトラスを組む。

(2)ペットボトルのような素材で二重膜を作り、二枚の膜

の間にかなりの空気圧をかける。

体積と自重の関係を計算して理論上浮くはずの大きさを

はじき出す。

但し、ほんとうの意味の真空は事実上作り出せないので

何気圧まで減圧すればよいかを求める。

構造計算の専門家(姉葉のような捏造はしない人)に

これでつぶれるかつぶれないかを計算してもらう。

これらの結果をソルバーにかけて、ぎりぎり浮くには

どういう数字の組み合わせなら可能なのかを探る。

id:l-lol-l No.8

l-lol-l回答回数310ベストアンサー獲得回数102006/05/16 20:40:25

ポイント14pt

2さんの引用

容器の重さが、容器の体積分の空気の重さよりも軽くなれば浮くはずです。

ちなみに空気の密度は1.2kg/m^3らしいので、仮に1辺が1mの立方体を考えると、表面積は6m^2となり、1m^2あたり0.2kg以下で真空に耐える材質があれば可能になるはずです。

1000m四方であれば、重さが1000000000kgで、6000000m^2ですから、1m^2あたりで180kg使用できますから、トラス組んで鉄板張っても大丈夫でしょう。

ただ、大きいので今度は組み立て中に自重でつぶれちゃわないか心配です。

また、全体では浮く計算でも 局所的に浮力と重力バランスが崩れると、そこから崩壊しそうですね。

id:yoneto164 No.9

ヨネちゃん回答回数813ベストアンサー獲得回数942006/05/17 00:01:52

ポイント14pt

これは非常に面白いアイデアですね。もちろん理屈では浮きます。

実際には1cm^2あたり1kgという巨大な力が働きますので、その力に耐えるというのは非常に難しいと思います。

電球やブラウン管などの開発も非常に困難であったと聞きますのが、人類はそれをやってのけたので、いつか実現する日は来ると思います。

例えば水深10mの圧力に耐える発砲スチロールがあるとすれば、その気泡を全て真空にすることが出来たなら、計算上は空気中で浮く可能性が高い思います。

id:miharaseihyou No.10

miharaseihyou回答回数4543ベストアンサー獲得回数5702006/05/17 01:07:21

ポイント14pt

現時点ではケプラーの単結晶繊維で骨格と皮膜を形成すれば数字の上ではなんとかなるのではないでしょうか。勿論、内部を真空にする手段は無視しての結論ですが。剣呑極まりないケプラー繊維を稠密に(空気の分子よりも細かく)編む技術も当然ながら無視しました。

id:NAPORIN No.11

なぽりん回答回数4723ベストアンサー獲得回数8742006/05/18 11:37:23

ポイント14pt

ケブラーは芳香族ポリアミドです。緻密ったって分子は分子なんで空気の分子よりも「細かく」はできないでしょう。そもそも、芳香族環んとこがわりに空気を通しちゃうんじゃなかったかな?

強減圧での加熱発泡でご希望のトラス構造もできたりするかもしれませんので、そこにPVPあたりを塗布乾燥・・・ってなじまないからきれいに被覆しないな。じゃあプライマー。

とかやってるとどんどん重く。

とりあえず発泡ポリスチレン+深海で計算してみては。

id:ROYGB No.12

ROYGB回答回数70ベストアンサー獲得回数42006/05/18 17:27:15

ポイント14pt

「ふわふわの泉」という小説に出てくる架空の物質「ふわふわ」は、ダイヤよりも硬く、内部が真空の中空構造の為、空中に浮かびます。

http://www.amazon.co.jp/gp/product/4757704054/

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8E%E5%B0%BB%E6%8A%B1%E4%BB%8...


現実的には、内部を真空にしても潰れない強度というのは難しいので、何らかの方法で、空気の圧力に対抗する外向きの力があれば潰れずにすむかもしれません。

例えば、静電気の実験などでもわかるように、同じ電気を持った物同士は反発します。そこで、容器を帯電させることで外向きの力を作り出すとか。

あとは容器を磁石にして、内側に同じ極がくるようにすれば反発するとかも考えました。

まあ、単なる思い付きのレベルなので、実現の可能性はかなり低いと思います。


http://www.ctv.co.jp/lovelabo/2006/0416/index.html

  • id:miharaseihyou
    ケプラーの風船を、閉鎖空間で真空引きすれば内部の空気は逃げ出すので、これにNAPORINさん言うところのPVP辺りを塗布すれば、大気圧に持ち出せば空気の圧力で皮膜はケプラーの風船に張り付くと思う。問題は1kg/cm2の圧力に耐えうる皮膜がどの程度の質量を持つかだろう。この風船を沢山集めれば飛行船を飛ばせることも夢ではない気がするが。

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  • はい.だっさんです. 2006-05-16 02:15:34
  • 2006-05-17 世界は面白いものでできている 2006-05-17 12:51:43
    http://q.hatena.ne.jp/1147713001 自分じゃわからなかったので理系の大学生に聞いてきた。 理論上は可能、実際には無理。 たしかに真空は空気よりも軽いので浮きます。 容器の体積分の空気の重
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