ブースター型気球の分析

山の教室で行ったブースター型の気球を、温度と浮力を測定し、 理論的な値と比較する。 測定装置の構成は、熱電対を使った温度測定装置、 コンピュータによるシミュレーション、 浮力測定装置にわけられる。 今日は、浮力測定装置の開発をおこなった。

浮力測定装置

試作１号

45リットルの袋の浮力を測定する。気球の内部をガスバーナーで温め、推進力を気球の 口の端2点に固定したはかりで測定する。気球内の温度は袋の頂点に穴をあけて、 中に熱電対を差し込む。 図１は全体的な外観。高さは1.5mほど。袋の上部2点を糸で吊り下げてバランスを保つ。

図１　試作１号

図２　固定したはかり

図３　差し込んだ熱電対

実際に測定してみると、測りは全くふれなかった。 分散させた力が小さいため、はかりでは測定できないと考えられる。

試作2号

分散させずにはかるために、滑車と糸とおもりで測定しようと考えた。 滑車が手元になかったので、アングルに接触させておもりをつりさげるようにした。 しかし、糸の弾性やアングルとの摩擦で全くうまくいかない。

試作3号

浮力を気球につくクリップの数で評価することにした。 測定しやすいように椅子で高くして、測定。 図４が全体的な外観。袋の口の２か所にクリップをつける。

図４　試作3号

図５　クリップで測定

クリップとアングルをひもでつないである。 ひもが張っているときは浮力または重力で加速度が生じている。 そうでなければ、推進力とおもりの重さがつりあっていることになる。
測定してみると、クリップの数が６から１０の時に釣り合うことが分かる。 ６でつりあうときはガスバーナーから離れた位置でつりあう。 １０でつりあうときはガスバーナーにちかい位置でつりあう。 気球内部の温度は、ガスバーナーとの距離に予想以上に依存しているようだ。
温度測定をしないとこれ以上考察できない。 今後、温度を測っていく。