二階から一階に降りる際の位置エネルギーを電気には？

質問

１日に数回、二階へ上がります。
二階へ上がると必ず一階に下りることになりますが、下りる際の位置エネルギーを運動エネルギー、電気エネルギーへと変える（蓄電池へ）ことはできませんか。
体重５０キロの人間で１０回だと、５００キロの物体を２メートル、１トンを１メートルの高低差ということになるでしょうか。
僅かでもいいのです。どのくらいになるでしょうか。

可能かどうか、可能であれば、その仕組みを教えてください。

回答No.4

Tann3

No.1さん、残念ながら1ケタ計算を間違えているようです。

＞体重５０キロの人間で１０回だと、５００キロの物体を２メートル

　　mgh*n　=　50kg　* 9.8m/s^2 * 2m * 10回　=　9800Nm = 9800J

が最大値ですね。つまり、No.1の補足の言い方をすると、

　　1000Ｗのエアコンを、9.8秒（約10秒）程動かせる

ということです。（効率100%、全くロスがない場合で）

　2階から降りるのが1回なら、その1/10で

　　1000Ｗのエアコンを、約1秒動かせる

ということです。エアコンのコンプレッサーに巻きつけたロープで2階から1秒かけて降りると、その回転力でコンプレッサーを動作させられる、ということと同じですね。

　ロープで1秒で降りて、9秒かけて2階に上がり、また1秒で降りて、という動作を繰り返すと、平均的には100Wの電球を連続して点灯できる電気を発電できる、ということですね。（効率100%、全くロスがない場合で）

　こんなことをするより、駅やオフィスやビルの中で、＋２階程度ならエスカレータやエレベータを使わずに歩く、というのを日に５回実行する方がよいでしょう。あるいは電車に乗らずに徒歩通勤でもよいですね。乗り換え駅の昇り降りや数十分も電車に乗るなんて、エネルギーの点からは無駄そのものです。東京や大阪などの都市への集中をやめ、地方に分散して職住接近の社会にするだけで、かなりの省エネルギーになると思います。

　メタボ防止も兼ねて、自転車こぎ発電機を各家庭に普及させるのもよいかもしれません。上の計算でもわかるように、必死に漕いでも６０ワット電球１個程度ですが。

お礼

＞　ロープで1秒で降りて、9秒かけて2階に上がり、また1秒で降りて、という動作を繰り返すと、平均的には100Wの電球を連続して点灯できる電気を発電できる、ということですね。
（効率100%、全くロスがない場合で）

２階から１階へ下りるロープで１秒というのを、遊園地にあるような観覧車のような箱の乗り物でも構いませんか。
安全ですし、一階にあった別の空箱が二階の方へ上っています。　（と思います。）
一戸建ての家ではなく、大都市の駅の乗降客全てが、階段を下りる代わりに、この二階に止まっている箱に乗るようにすると、一体、どの位の時間、どの位の数のLED電球を点け続けることが出来るのでしょう。

お礼を申しますとともに補足質問をさせて頂きました。

補足

効率１００％、全くロスがない場合

＞１０００Wのエアコンを、９．８秒（約１０秒）程動かせるということです。

１０００Ｗのエアコンを１時間動かすためには、１人では３６００回、３６００人なら１回ということですね。

１００人が働くオフィスビルで、１階下へ下りるときだけ、発電機を動かすのであれば、３６回。
１０階建で全員が１０階で勤務であれば、３．６回、その発電機を動かす。
となるでしょうか。

全社員が、階下へ降りるときだけは、エレベーターを使わずに（一階に停止中のエレベーターを１０階まで呼び出すのにも電気が要りますね）、その発電降下機を利用するようにすると、相当電気が節約できるように思えるのですが、どうでしょうか。
実用には不便でしょうが、位置エネルギーの利用の問題を考えています。

回答No.3

DESTROY11

階段に圧力発電装置を設置するという手がありますね。
圧力をかけると電気が発生する素子がありまして、これを階段に敷き詰めるわけです。
こうすると降りるときだけではなく、昇るときも発電が可能です。

これは空想ではなく、すでに実験段階に入っています。
２００８年にJR東京駅で改札に同様の装置を設置し、どれくらい発電するかの実験が行われています。

補足

「すでに実験段階に入っています。」
ニュースで見たような記憶があります。
設置費用はともかく、１日何十万人もの乗降客があるわけですから、相当の発電量があるのではないでしょうか。

2008年での実験だと、もう４年にもなりますが、結果、実用段階になったのでしょうか。

回答No.2

アウストラロ ピテクス（@ngkdddjkk）

出来ますよ。
強力磁石で2階から1階までをカバーし、金属のレールを2本立て、それぞれ蓄電池の電極に繋げます。2階から降りる時に金属棒をそれぞれのレールに常に接する様にして、金属棒にぶら下がって降りる。逆起電力により落下速度は磁石の大きさとレール間隔に反比例しますので、より強力な磁石を使い、レール間隔を広くとれば怪我をする事もありません。(結構大掛かりになりますが)

または、特殊なコイルの巻き方(イメージ的には、サイクロトロンの電子の運動軌跡の様にコイルを巻く。1回転させる際に必ず一番上まで迂回させる。コイルを上昇させるまでにコイルを磁束が横切らない様にする。降りる前に一回回路を切断してからコイル内に磁束を通すなど。図を載っけないと分からないかもしれませんね。)をして、比較的大きめな強力磁石につかまって降りて行く方法もあります。こちらの方が現実的かもしれません。

どちらにしても、蓄電池の充電に電子回路的な技術は必要です。

お礼

回答をありがとうございます。
今、位置エネルギーを上手く利用できる方法について考えています。

＞「蓄電池の充電に電子回路的な技術は必要」
全く、その知識はないのです。

位置エネルギーを電気エネルギーに変換するだけで、それ程大掛かりなのですか。
ぶら下がったり、つかまったりなど、腕力がなくとも、滑車・てこの原理で、できないでしょうか。

質問を別の形でしてみました。
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/7853647.html
そちらに一本化したいと思います。

回答No.1

spring135

位置エネルギ-mgh を電気エネルギIVに変換するだけです。例えば台の上に乗って、降下するとともに回転する滑車の軸を発電機につなげばよろしい。各種の摩擦によるロスを無視すれば系全体の電気抵抗を
Rとし、電流をIとすると電気エネルギーはRI^2です。したがって
RI^2=ｍｇｈ

が基礎式です。

＞体重５０キロの人間で１０回だと、５００キロの物体を２メートル

mgh*n=50*9.8*2*10=10000Nm=98000J

が最大値です。

補足

98000Jだと、
1000Ｗのエアコンを、一分半程動かせるということでしょうか。
想像していた以上の結果です。

物理が苦手な大人です。
「台の上に乗って、降下するとともに回転する滑車の軸を発電機につなぐ。」
発泡スチロールで作った軽量の台上の椅子に座って降下すると、年寄りでも安全ですね。
その椅子は、滑車で二階へ引っ張り上げておくというのはどうでしょう。
一般の家屋内で実用的なものが工作できるでしょうか。