蝋を固体から液体に変えることによって

質問

たとえば車を回転させることは可能でしょうか。時計の３時の部分を加熱して蝋を溶かすと、蝋は６時のほうへ垂れてゆき車は右方向にまわりださないでしょうか。その後蝋は固まり次々と３時のところで溶かされて回転が持続するというようなことはないでしょうか。一種のスターリングエンジンではないかと思ったのですが…

回答No.5

raiden787 · ベストアンサー

＞３時で溶けたろうは６時のほうへ向かううちに固まり、次に３時に到達するまではそのままではないかと想像しました。初めに全周に固まったろうを均等につけておけば、常に３時から６時のあたりがほかの部分より重いので、回転が持続するのではないかと考えました。

これは間違いです。最初は3時周囲が溶けて6時、つまり支点の近くへ移動するので軸から右側の部分での重心が軸側に移動します。
回転のモーメントは「重量×（軸から重心までの長さ）」で決まります。
タイヤのように見えてこれは実質はシーソーなんですよ。
なのでこの場合、軸から見て右側の落下しようとするエネルギーが減少し、相対的に軸から左側（9時側）が落下しようとするエネルギーが勝ります。なので右方向（時計回り）ではなく左方向（反時計回り）に回転を開始します。
すると3時部分から6時部分に溜まった蝋が3時側へ移行して再び加熱され、蝋は3時から６時の領域に溜まっていきます。
この時タイヤが90度以上回転すると蝋を失った領域が12時から左側（9時方向）に移行し、軸から左側の蝋の総量が減少していきます。一方、溶けた蝋は3時部分から6時部分に残留するためにこちらの蝋の総量が左側より多くなる。
その結果、蝋の厚みにもよりますが左回転を生み出すモーメントが減少し、右回転を生み出すモーメントが増えていく。その両者の釣合が取れたところで回転は停止します。

最初に十分な右回転を与えたとしても3時への加熱は左回転のモーメントを産むため、また、蝋が溶けることによる重心の不均一の発生によって回転のエネルギーを失わせる方向に状況は推移するので加熱しない場合より早く停止すると思います。

確かに3時部分を加熱すると３時から６時のあたりがほかの部分より重たくはなりますが、回転を生み出すモーメント自体は減少するのです。

お礼

そうなのですね。ご教示ありがとうございます。

回答No.7

ORUKA1951

No.2です。
＞すみません、永久機関のようなものを想定していたのかもしれません。
いずれにしろ、とんでもない思い違いをされている。
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　蝋が溶けて重力に従って自身が移動すると言う事は、その容器に対して回転させる力には使われないのですから、止まる事に寄与しても回転には寄与しません。
　蝋は溶けるとき大きく体積が増大します。氷の逆---ロウソクをひっくり返すとへこんでるでしょ。
　よって、移動できないよう伸縮する注射器に密閉してそれを矢車状に配置すれば、加熱すると膨張して重心が外に移動して回転するでしょう。ただ蝋では熱伝導も悪いから・・

　それをするほどなら、エントロピー弾性であるゴムを利用したゴムを使った熱機関( https://www.google.com/search?hl=ja&q=%E3%82%B4%E3%83%A0%20%E7%86%B1%E6%A9%9F%E9%96%A2&gws_rd=ssl&tbm=isch )のほうが良いですよ。ゴムは加熱されると縮む!!これまた、とてもおかしな物質です。

　私も作りましたがゴムの張力--多数集まれば結構な力になるので頑丈に作る必要がある。

お礼

改めて勉強しなおします。いろいろなご教示ありがとうございます。

回答No.6

raiden787

すいません、先の回答はちょっとわかりづらくなった気がするので補足です。

そもそも右回転中に3時から6時部分に蝋が垂れてそこが重たくなった場合、そこで蝋は固まるのですよね。
つまり、重たくなった6時部分の蝋を重力に逆らって9時経由で12時まで持ち上げるエネルギーが必要です。
そのためには12-3-6時領域にそれを上回るモーメントが必要になってきます。
でも3時部分の加熱は重量を軸付近に重心を移動させて右回転のモーメントを減少させることにしか寄与していないのです。

モーメントは「重さ×（重心から回転軸への距離）」で決まるわけです。
なので重心から最大限遠い位置である3時周囲の質量を軸の重力方向である6時付近に移動させるとモーメントが減少するわけです。

さらに言えば駆動を生み出す位置エネルギーは高さが低いところが一番少ない。6時付近は高さが一番低い。
つまり加熱は蝋の位置エネルギーすらも奪ってしまうのです。

回答No.4

Postizos

実験してないので脳内シミュレーションでしか物が言えませんが、

最初に均一に蝋が固まって着いている内はじりじり回りますけれど、ある時点で蝋は下の方に溜まってしまって動かなくなります。
1/4回転も回らないかもしれない。

流れずに昇華蒸発して内面にまた均一に固化して付着するのならもっと回りそうですが。

お礼

まったくのかんちがいのようでした。ご教示ありがとうございます。

回答No.3

raiden787

どういうイメージなのか図示はできませんか？
何の説明もなくいきなり車って単語が出てくるから液化した蝋を自動車の燃料に使えるかどうか、という質問かと思いましたよ。

推測すると、リング状のタイヤの内側か外側の全周にロウを均一に厚く塗っておき、時計の3時に当たる真横の部分を加熱するとそこの蝋が溶けて6時（タイヤの下部）の部分に垂れ落ちて、重量バランスが変化して回転する、ということでいいのでしょうか。
その場合は3時部分が軽くなるから反時計回りに回転すると思います。
ただし6時部分に溜まった蝋の重さが増していくのでどこかでバランスが釣り合って止まるでしょうね。きちんと計算したわけではないのでわかりませんが半回転もしないうちに止まるのではないかと思います。

ただ、構造的に発生するモーメントはかなり小さそうなので相当摩擦のない軸が要りそうな気がします。

お礼

ご推察の通りなのですが、初めははずみをつけて時計回りの回転を与えておくことを考えていました。永久機関とは違うと思いましたが、状況は似ているのでしょうか。

回答No.2

ORUKA1951

溶けた蝋は軽いのですが？？？
　基本的に固体のほうが液体より重い!!
　水など【極々一部】だけは異常液体( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%95%B0%E5%B8%B8%E6%B6%B2%E4%BD%93 )ですけど。
　考案されている物がどのような物かイメージできない。図でも示していただくと・・

お礼

すみません、永久機関のようなものを想定していたのかもしれません。ご教示ありがとうございました。

回答No.1

noname#204004

垂れるという事は　下向きにある訳だから蝋が流れ落ちたら　それまでだと思うが!?固まる蝋が残らないが!?

補足

３時で溶けたろうは６時のほうへ向かううちに固まり、次に３時に到達するまではそのままではないかと想像しました。初めに全周に固まったろうを均等につけておけば、常に３時から６時のあたりがほかの部分より重いので、回転が持続するのではないかと考えました。