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空気に重さがある証明(仮説) 

これは“風船の科学”でやろうと思っていたのだが、自由研究のネタにどうぞ。

1)ゴム風船を2つを普通にふくらませる。大きさは気にせず、同じ程度であればよい。
2)これをてんびんのようにぶらさげて、水平になるように位置を合わせる。
90802a.jpg
3)バランスがとれたら、いずれか一方を針などで割る。
図の通りにやると、ゴムが飛び散った場合は当然、割れていない風船の方が重くなる。
どうしたらよいか。
バランスをとる前から針を通す部分にセロテープを貼ってから行うとよいと思う。そうすれば割れずに空気が抜けていく。もっとも実験というのは、方法も考えたり試行錯誤すべきなので、すぐに答えを書いてしまうのは気が引けるのだが…
90802b.jpg
すると割らなかった風船の方が下になる(はずだ)。思考実験状態なので保証は出来かねますが、次の理由によりそうなると考えます。

風船の中の空気は、ゴム風船が縮まろうとする力で密度が高くなっていると考えます。
つまり、風船の外よりも風船の中の方が、同じ大きさの場合、空気の重さが風船の中の方が重い(たくさん詰まっている)状態です。重たい空気ですね。

てこの原理でバランスがとられているため、多少大きさが違っていても2つの風船はバランスをとることができます。どちらかの風船の空気が抜けるとゴム風船の重さとまわりの空気だけになります。割っていない方は、ゴム風船の重さに密度の高い空気(重たい空気)の合計だけ重たくなる。だから傾くと予想されます。

ひとつひとつ実験や確認しないと、上述の理由でよいのか証明できません。原理的に間違いはないと考えますが、実験装置として間違いがないかもう少し考えてみます。
おそらくゴム風船の重さの違いが突っ込まれそうですが、両方割ってしまえば(しぼめてしまえば)、てこの原理で再度バランスを保つと思われます。ま、そうすれば実験装置に問題がないという証明になるかな。

それは膨らんでいる時も、バランスをとった後に風船をしぼめてもてんびんが水平になれば、片方をしぼめた時の違いは風船の中に空気があったかどうか、になるわけですから。

また風船の内圧の測定を簡単に(夏休みの自由研究程度に)測定する方法が思いつけば、さらに裏が取れるとは思うのですが。そうすれば風船内の空気の密度を計算できる。もしくは視覚化できるともっとよい。
今年は風船のバランスで、来年は密度計測で証明するってのはどうかな。

キーワード:空気の重さ、密度、風船

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