潜水艦は浮沈子の原理を利用していますか

質問

潜水艦が潜航するとき、玩具の浮沈子が外部から圧力をかけられると沈むという原理を使っていますか。

回答No.9

来生 自然（@k_jinen） · ベストアンサー

もしかしたら、「圧縮された空気」と「圧縮されていない空気」の浮力の違いを十分に理解されていないのかも知れないので、そちらを中心に説明します。

一気圧という条件下で、同じ体積の空気と水では空気が軽いので浮く。
同じ量の気体でも、圧縮すると体積が小さくなり、浮力が小さくなる。
気圧を変化させたとき、水の圧縮率と空気の圧縮率は異なり、空気の方がより圧縮される。（←玩具の浮沈子と関係する）

例えば、潜水夫が背負うボンベは圧縮された空気が入っており、そのままでは沈んでしまう。
身近なものであれば、エアーダスターのような埃を吹き飛ばすボンベは液体状態のガスが入っており、水に沈む。
たとえば、エアーダスターのボンベを、空気を抜いたビニル袋に入れ、水に沈め、エアーダスターからガスを噴出すると、ボンベ以上の体積のガスがビニル袋に充満するので浮くことになる。

玩具の浮沈子は、重りによって微妙な浮力をもたせている。そうして、内部の空気を圧縮するために、容器全体を圧迫し水圧を高めることで浮沈子内のガスを圧縮し、浮力を小さくし、沈めることができる。

水に対する内部のガスの圧縮状態を変化させることで、水に対する浮力を変化させ、浮き沈みさせるということからすれば、原理は同じといえます。

お礼

ご丁寧に説明をいただいたおかげでかなり分かってきたように思います。浮力の原理を中心に考えれば、潜水艦にも同じ原理が使われているということですね。

回答No.10

来生 自然（@k_jinen）

追加しておきます。

ご存じかも知れませんが、浮沈子は、実は、魚の浮き袋そのものです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%B0%BE
http://www.thr.mlit.go.jp/fukushima/osakanadayori/03_osakanakurabu/03_20070828_03_01.html
http://www.asahi.com/edu/nie/tamate/kiji/TKY200508090274.html

下記は、家庭でも簡単にできる浮沈子の実験と潜水艦との関係を分かりやすく図解しています。
http://www.zushi-kaisei.ac.jp/activity/study/science2006_1/water/flow.swf

お礼

魚の浮き袋のことは考えもしませんでした。魚は筋肉を使って浮き袋の大きさを変えているのでしょうね。更なるご教示感謝いたします。

回答No.8

来生 自然（@k_jinen）

。。。と、もしかして、おっしゃっておられる「玩具の浮沈子」というのは、水の入った容器の中に、重りの付いて空気の入った小さな袋が浮いている状態で、容器全体を圧迫することで水中の小さな袋が圧迫されて体積が小さくなることで沈むというものでしょうか？

バラストタンクと圧縮空気、および水圧との関係は、まさにそういった浮沈子と同じ原理と考えていいです。
圧縮空気の入ったボンベは水中では浮力は小さく沈みます。（だからバラストタンクに水が入ると沈みます）
ボンベ内の圧縮空気を放出（圧縮されていない状態）にすることで、（その分、水は排出されることで）浮くことができるというものです。

「玩具の浮沈子」について、勘違いだったら、ご容赦下さい。

お礼

その浮沈子です。ご教示の道筋をたどらせていただきますと大変勉強になります。改めてお礼申し上げます。

回答No.7

来生 自然（@k_jinen）

No.4です。

他の方への補足欄を見ました。
バラストタンクへの注水時の空気について疑問を持たれているようですね。

１．浮上時、推進用エンジン等を利用して、あらかじめ圧縮空気をボンベに蓄えておく。
２．バラストタンク内の空気を排気し、海水を取り込み、潜水する。
３．浮上するときは、圧縮空気の入ったボンベから、バラストタンク内に空気を送り込み、海水を排泄する。
といった手順になります。

詳しくは
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1410807494
等を参照してください。

お礼

詳しく教えていただきありがとございます。つまるところ、どこかで私の抱いた疑問には根拠があるとお考えでしょうか。

回答No.6

fxq11011

実は浮沈子なるもの正確には知りませんが、２とおり考えられます。
(1)弾力性の有る容器に水又は重りと空気を密閉
(2)弾力性のない容器に空気が入っており、水は自由に出入りできる
外部から圧力、言い換えると静圧＝全方向に（から）同じ圧力がかかる。
(1)の場合、空気が圧縮されて容器が縮む＝容器全体の体積減少＝浮力現象＝自重は変わらないため沈む
(2)の場合、空気が圧縮されて体積減少した分水が入る＝自重が増加とも考えられるが、水は外部と全く自由に出入り可能のため、浮力は容器自体（固体部分）の体積と空気の体積によると考えれば空気圧縮した分、体積減少で浮力減少と考える事ができます。
となれば、空気の占める体積を変えるのに、外部からの静圧を利用するか、内部の圧縮空気等により水を給排出するかの違いはあるが、排除する水の量を変える事で、その重さに等しい浮力を変える事で浮き沈みする原理は同じになります。

お礼

考え方を教えていただきました。私なりにご説明を反芻させていただきます。ご教示ありがとうございました。

回答No.5

fxq11011

よ話ややそれます。
潜水艦＝浮力
同体積の水の重さ＞潜水艦自体の重さ、浮上
同体積の水の重さ＜潜水艦自体の重さ、潜水
バラストタンクに水を満たすか、空気を満たすかで自重を変えています。
飛行機＝揚力（停止状態では発生しない）
より高速＝揚力より大、上昇
より低速＝揚力より小、降下（着陸態勢のとき）
ただし、いずれも、上下の舵では前進する力をその向きに変えるため、船主、機首の向きを変えて浮上（上昇）潜航（降下）します。

お礼

飛行機との比較も興味深いものですね。ご教示ありがとうございます。

回答No.4

来生 自然（@k_jinen）

懐かしいですね。。。

私が遊んでいたころは、自動浮沈子という装置が付いていました。
潜舵前方に重りが、潜舵上方に外部からの水の圧力を受けるパラボラ様アンテナにて構成されていました。
浮上時に浮沈子前方につけられた重りで潜舵が潜行方向に傾き、潜行し、潜舵の上方につけられたパラボラアンテナ風の部分が水に浸かると、潜舵が浮上方向に傾くという機構でした。
（質問の「浮沈子が外部から圧力をかけられると沈むという原理」とは逆なので、構造がことなるかもしれません）
http://www.tnc.ne.jp/oasobi/oasobi02/19sensuikan/01.html

既に回答があるように、潜行の主たる機構はバラストタンクへの注水ですが、潜舵は急速潜行時には利用されるようです。ただし、現在は急速潜行自体行われないとのことです。

http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1342439223
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1242685302

お礼

興味深いお話をありがとうございました。自分で作ってみたくなりました。

回答No.3

AVENGER

使っていません。艦内の圧縮空気で調節しています。
バラストタンクの空気を抜く→沈降。
圧縮空気で排水→浮上。

補足

浮上するときは、沈降時に抜いた空気を利用するのでしょうか。

回答No.2

r3350

使っていません。
メインバラストタンクに海水を入れて沈みます。
http://www.jmss.jp/subtech.htm

補足

メインバラストタンク内にあった空気は海水を入れて沈む時どこへ行くのでしょうか。

回答No.1

NNori

使ってません。
タンクに水をいれて沈み、圧縮空気でその水を追い出して浮上する。

補足

圧縮空気は常時準備されているのでしょうか。