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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.

●質問者: だっさん
●カテゴリ:学習・教育 科学・統計資料
✍キーワード:真空
○ 状態 :終了
└ 回答数 : 12/12件

▽最新の回答へ

1 ● Pasta001
●15ポイント

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。

◎質問者からの返答

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.


2 ● forestz
●14ポイント

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。

◎質問者からの返答

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.


3 ● kamisama
●15ポイント

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。

◎質問者からの返答

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.


4 ● tarepanda777
●14ポイント

「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。

◎質問者からの返答

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.


5 ● なぽりん
●14ポイント

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。


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