飛行船のヘリウムや水素の代用に真空は使えますか？

質問

物体内部をとにかく軽い物で満たせばよいわけですから、
ヘリウムの様に高価な物ではなく、
水素のように危険な物ではない、
真空にしてしまえば、お安く出来そうな気がしますが使えますか？

また、空中に浮く機械に入れるガスに真空（若しくは、それに近い状態）を使うことは予算や強度を考えた場合どこまで実用的ですか？

見たことがないと言うことは、何らかの障害があると思うのですが、どう言った物が障害になっているのでしょうか？

回答No.12

sanori · ベストアンサー

こんにちは。

球がいちばんよさそうですね。

表面積は、４πｒ^2、
体積は、４πｒ^3／３

容器の面密度をρ[kg/m^3]と置くと、
容器の質量は、４πｒ^2ρ [kg]

容器に大気を充満させたときの大気の質量は、だいたい
４／３・πｒ^3・１０^(-6) [kg]

合計質量は、
４πｒ^2ρ　＋　４／３・πｒ^3・１０^(-6)　＝　４／３・πｒ^2（３ρ ＋ １０^(-6)・ｒ）

容器内の空気の圧力をＰ[Pa]と置くと、容器内の空気の質量と外気の質量の差は、
４／３・πｒ^3・（１ － Ｐ／１０^5）

浮く条件は、
４／３・πｒ^2（３ρ ＋ １０^(-6)・ｒ）　＜　４／３・πｒ^3・（１ － Ｐ／１０^5）
３ρ ＋ １０^(-6)・ｒ　＜　ｒ（１ － Ｐ／１０^5）
３ρ　＜　ｒ（１ － １０^(-6) － Ｐ／１０^5）

１ ≫ １０^(-6)　なので、
３ρ　＜　ｒ（１ － Ｐ／１０^5）
ρ／ｒ　＜　（１ － Ｐ／１０^5）／３

左辺はｒに反比例します。
ですから、非常に強固な容器でなくても、球の半径ｒをどんどん大きくすれば、球の容器は浮きます。

面密度ρは、容器の単位面積あたり強度に比例します。
強度[Pa]　＞　１０^5 － Ｐ
が条件です。

長々と書きましたが、要は、球の体積と球の表面積には、ｒ^3/2 の関係があるということです。

コスト面で、どういった材料を使ったらよいかは知りませんが。

回答No.5

RTO

現在の地球の技術ではそのような容器を作れる材料も構造もありません

回答No.4

nobu_suzuki1

物体内部を真空に近づけるとどういうことが起こるかというと、その物体に対して通常であれば1気圧の大気圧がかかることになります。
大気圧というのは海抜0メートルでは1気圧の状態が基本であるのですが、例えば簡単な例でいえばペットボトルを飲み干したあと、更に空気を吸い込むとそのペットボトルは凹んでしまいますよね。
これは大気圧によってペットボトルが押さえつけられて凹んでいるのですが、人間の肺活量程度でペットボトルが簡単に凹むということはどれほどの大気圧がかかっているか考えると真空状態に近い巨大な構造物をつくりあげようとするとその外壁はとてつもない大気圧に耐えなければならない強度が必要になります。
それだけの強度を確保するには、当然構造物の重量も大幅に増加するということになります。

つまり構造物の中を真空にすることで浮力をえるというのは大変難しいことなのです。

ちなみに1気圧下における人間の受ける大気圧は概ね下記の通りだそうです。
人間の体の表面積は15000平方センチメートルで、一気圧の空気は1平方センチメートルに1キログラムの力を掛けているから、それだけで15トンの圧力が四方八方からかかっていることになる。

つまり、通常われわれが1気圧の環境で生活している際には15トンもの圧力が四方八方から与えられているということです。
言い換えれば、空の容器を0気圧にした場合、周囲が1気圧であるばあいその容器には15トンもの圧力が与えれるということです。15トンの圧力に容易に抵抗できる高剛性の物質が発見されれば可能かもしれませんが、今現在ではそれほどの圧力に絶えることは非常に難しいです。

回答No.3

neKo_deux

１気圧の大気圧はかなり強力ですので、かなり頑丈な入れ物でないと、真空状態を維持できず、入れ物が潰れてしまいます。
真空状態を作り出す機械や容器なんかはかなり丈夫な金属やガラスなどで、当然重いため、浮きません。

風船の空気を吸い出して真空にする事を想像してください。
普通は潰れます。

風船の中にちょうちんみたいな骨組み入れると、どうだろうって気もしますが、１気圧を相手にするには、重さと強度のバランス的に厳しいかも。

回答No.2

Saturn5

この世の中で最も軽いものは真空です。（質量０）
ですから、同じ体積の飛行船がであれば、ヘリウムよりも真空の方が
浮力が大きくなります。

しかしながら、ヘリウムは１気圧で充填すると内部と外部の圧力が等しくなり、
飛行船の素材は薄い膜状のもので大丈夫です。
しあｋし、真空であると１〔ｍ＾２〕に１０〔ｔ〕の重さと同じ圧力がかかります。
これに耐えるだけの剛体の飛行船にしなければなりません。
この飛行船がどれだけの質量になるのかは想像できるでしょう。

ということで、薄い膜構造でヘリウムを入れた方が軽くなります。
将来、軽量で超硬質の素材ができれば話は別ですが。

回答No.1

AVENGER

飛行船が大気圧に押し潰されないのなら、可能です。
ただ、現状ではそのような飛行船はありません。