水中における上下運動可能な動力

質問

水中（屋外の潟）に鉄もしくはアクリルの円盤を設置して、この円盤を上下に動かすことで、水面に大きな波紋を作ろうと考えています。
そこで、この円盤を上下に動かすことのできうる動力を探しています。

『1秒間で1度ずつ上昇と下降→1分間停止→再度、1秒間で1度ずつ上昇と下降→1分間停止.....』
を繰り返す。

円盤
直径：1000mm
厚さ：5mm
重さ最大：40kg
設置位置：水深1000mm

動かしたい水
直径：1000mm
厚さ：1000mm
重さ：785kg

動力は完全に水中隠す。
水深はいまのところ不明だが、基礎としてコンクリートを打設予定のため、動力設置の都合による。
動力は電線を水中埋設をすることは可能。

以上です。
早急に動力を探して、見積もりを組む必要があります。
うまくできれば、自作でも良いかと考えております。

どなたか、ご回答よろしくお願いいたします。

回答No.4

phobos

先の質問
　http://virus.okwave.jp/qa4795737.html
がマルチポストで締められてしまったのでこちらに回答します。
補足や他のご回答に対するお礼で少々様子が解りました。また、私が質問文を読み違えていたことも解りました。

動力の件ですが、φ1000mmの円盤を水中で500～800mmのストロークで１Hz（毎秒１回）で上下させるというのは、相当のパワーを必要とするのは間違いありません。
波高が200～300mm、２０ｍ離れた地点でも100mmと言うことになると、（経験的にですが）おそらく数十kWオーダーのパワーが必要になるように思われます。

円板を動かすとすると、Ano.2のご回答通りアクリル板ではたちまち壊れるでしょうが、たとえ金属板を使ったとしてもモーターや機構部分、それに土台部分にも相当な反力とストレスが掛かることが予想されるので、安全を見込んで重厚な構造にしておく必要があると思われます。
加えて、水中に設置されるわけですから防水・防錆対策や故障時のメンテナンスなども考え合わせると、いろいろ難題が予想されます。

いずれにせよ、この大きさの円盤をこの早さで動かすと言うことは、自作の範疇を超えているのは間違いないと思われます。
どうしてもこの方法以外にないとしたら、この手の試験装置の設計・製作に経験のあるメーカーの技術者に相談するのが一番良いかと思います。

> というのも、水面上に円盤が見えてくるのが嫌なものでして。
屋外の潟とのことですが、水の透明度はいかがでしょう？もし水に色が付いているようでしたら、同系色に塗装すれば目立たなくなるかも知れませんが……

造波板の構造については、Ano.3のご回答に同感です。
ANo.3の補足図に書かれたソロバン玉のような形か、あるいは球状でも良いかも知れません。
一枚の円板を上下するだけでは押し上げたい水が周囲に逃げてしまって効率が良くありません。せめて円板の周りを筒で囲った方がよいでしょう。

なお１ヘルツの水波の波長についてですが、深さによって異なりますが、およそ１ｍ～１．５ｍと考えて良いかと思います。

ところで、この波紋発生装置(?)は実用的な物と言うよりも、むしろ野外ディスプレイの一種と考えてよろしいのでしょうか？
もしそうであるなら、
・波高はもっと小さくてもよいか？（→波高が数mm～数十mm程度でよいのなら、パワーはずっと少なくてすみますし、構造もそれなりですむと思われます）
など再検討されてみる必要があるかも知れません。

お礼

とてもわかりやすい説明、ありがとうございます。
自作では、とても厳しいという事までわかりました。
また、別立ての質問に対してのご回答の中で提示していただいたアイデアなども、参考になります。

もう一度、熟考しつつ、メーカーなどにも問い合わせてみます。

大変遅くなりましたが。
本当にありがとうございました。

回答No.3

ORUKA1951

私は物理専攻でもない(教職の関係で物理をとった程度)で、どちらかと言うと苦手な分野でしたので、記憶からは失せてますから、あくまで参考意見として・・
　波の波長は、振動数/速度で決まりますが、
水面波の生成における非線形現象 ( http://www.acs.i.kyoto-u.ac.jp/info/ndyn/articles/ron34/ron34.html )
波の大事な性質 [物理のかぎしっぽ] ( http://www12.plala.or.jp/ksp/wave/waveProperty/ )
　たぶん、１ヘルツ(周波数の事)の水面波だと波長は１０m弱になるのではないかと思います。だとすると、造波機の直径はそれと同じくらい必要になるのではないかと思います。

　ただ水深が、浅いときは水深h の平方根に比例するので、速度は遅くなるので波長も小さくなる。

　また、水面波における水の運動は楕円ですから、平たいとエネルギー的にはまったくの無駄になります。円形の波を発生させるから、ひし形を回転させたものになるでしょう。

　詳しくは、大学の波を扱っている研究室などにメールで問い合わされるのがよいかと思います。===波はそれほど一般的に学ぶものではなく、どちらかと言うと特殊な分野ですからね。

回答No.2

ORUKA1951

計算はあってますが、
＞直径：1000mm
＞厚さ：1000mm
＞重さ：785kg
　これだと、水深１ｍで板を上下する計算になってしまう。
　水面に波を作るのに、水中で上下させても効率が極めて悪いです。
　水面の波はあくまで水面の物理現象ですから、水面で上下させることが多いはずです。
　また、この波の振動数が1ヘルツですから、直径１mはすこし小さいのではないかと思います。水深によって速度/波長が変わりますから、計算してみてください。・・楽じゃないですけど・・・

　ただ。アクリルという材料はこの場合向きません。たぶん運転し始めたとたんに破損する。金属になるかと思います。造波機の場合、水面を押し下げると考えるより十分な重さのあるものを持ち上げると考えるほうが良いです。
　↑
■■～～～～～～
　↓
造波機構造概要 ( http://www.naoe.eng.osaka-u.ac.jp/naoe/naoe1/equipments/amoeba/kouzou.html )

お礼

ありがとうございます。

計算は、、そうです、水深1ｍから円盤を500mmから800mm上昇させようかと考えていました。
というのも、水面上に円盤が見えてくるのが嫌なものでして。
素材としてアクリルを考慮に入れたのもそのためです。
しかし、確かに強度はないですよね。

水中に隠れたままでどうにかならないものですかね？
また、
＞振動数が1ヘルツ
というのはどういうことなのでしょうか？
その場合直径1ｍでは円盤が小さいというのも、どういうことでしょうか？

私のイメージでは波高が200mm～300mm程度にはなるのでは？と考えています。

なにぶん、素人なもので、補足のご説明をいただけるとうれしく思います。
よろしくお願いいたします。

回答No.1

Cupper

少し落ち着きましょう

1秒間で、直径1ｍ重さ785ｋｇの円筒を1秒間で上下させるって、あんたｗ
…計算ミスで0.785ｋｇだろうと思いますけど…

どれだけの仕事量が必要かを計算して動力装置メーカーに問い合わせてみることをお奨めします
（土曜日なのでお休みの可能性もありますけどね）

補足

ありがとうございます。
もう一度計算してみます。