熱気球の原理と家庭でできる実験

熱気球の原理と家庭でできる実験

熱気球が空に浮かぶ原理

熱気球は球皮と呼ばれる袋の中の空気をバーナーなどで熱し、その浮力を利用して空に浮かんでいます。空気は熱すると密度が小さくなり、軽くなります。球皮の外の空気より軽くなるため、浮力が生まれるのです。何も入っていないペットボトルを水中に沈めて手を離すと浮いてくるのと、原理的には似たようなものだと言えるでしょう。気球を上昇させるときにはバーナー燃焼させて球皮の中の空気をより熱くし、反対に下降させるときにはバーナーを消して球皮の中の空気を冷まします。ハンドルなどの方向を制御する装置はなく風まかせで移動するため、気球を上下させて行きたい方向の風を掴んで移動します。

家庭でできる熱気球の実験

熱した空気を集めることができれば、家庭でも簡単に熱気球の実験を行うことができます。まず、ポリ袋の口に4箇所穴を開け20cmほどに切ったエナメル線を結び、もう一端には料理用のアルミカップを結びます。カップはポリ袋を広げたときに口の中央に来るように調整しておきます。カップにアルコールやオイルを染み込ませたティッシュやガーゼをおき、ポリ袋の口を広げてから着火しましょう。袋が膨らんでいき、浮くような感じがしたら手を離します。浮く前に手を離すと袋が倒れて引火する恐れがあるので危険です!気をつけましょう。火を使うものに比べて浮力は落ちますが、ポリ袋にドライヤーで温風を吹き込むだけでも実験を行うことができます。

実際の熱気球の耐荷重量

熱気球には1人乗りの小型のものから10人乗りの大型のもの、一般的な2~4人乗りのまで様々な大きさがあります。気球の耐荷重量はその気球が生み出せる浮力によって変わり、浮力は球皮の体積や中の空気の温度によって変わります。簡単にいえば、気球に乗る人の体重やゴンドラの重さ、バーナーなどの器具や消火器などの装備を合わせた重さよりも、浮力のほうが大きければ気球は浮くということです。浮力を大きくするためには、球皮の体積を大きくしたり、中の空気の温度を高くするといった方法があります。とはいえ数人乗りの気球でも高さ20m以上、直径約15m以上と非常に大きいため、数十人も乗れるようなものは現実的ではないでしょう。

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