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考える練習「風船とパイプ」の考察

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パイプの両がわに大きな風船と小さな風船がついています。二つの風船はもともと同じ大きさのものです。二つの風船をつなぐパイプの真ん中に弁(べん)がついていて、左右が仕切られています。弁(べん)を開くと風船はどうなるかという問題。

1.大きい風船はさらにふくらみ、小さい風船はしぼむ。
2.大きい風船がしぼみ、二つの風船が同じ大きさになる。
3.そのままかわらない。


○観察&仮説
両方が均一になるまで推移してバランスが保たれるのではないかと仮定すると、「2.大きい風船がしぼみ、二つの風船が同じ大きさになる。」になる。


○実験結果
「1.大きい風船はさらにふくらみ、小さい風船はしぼむ。」
意外ではあるが、ある意味納得できなくもない。


○考察
空気がどのように移動するかを考えると気圧が高いほうから低いほうに逃げていき、気圧が均等になるかそれ以上移動できないところまで変化すると思われる。
ならば、それぞれの風船の気圧がどうなっているかを考えるべきだろう。

いくつかのサイトで実験結果を載せているものがあったので参考にさせてもらったところ、
どうやら風船は大きくなるほど内圧が下がっていくようだった。確かに、風船を膨らませるときははじめがきつく、一定量膨らむと楽になる。
ただ、最後のほうまで膨らませると再び内圧は高くなるため、かなり大きい風船と、中くらいの風船で実験をすると「2.大きい風船がしぼみ、二つの風船が同じ大きさになる。」の結果になることもありえそうだった。

ちなみに、シャボン玉でも大きいものと小さいものがくっついた場合に大きいものがより大きくなるという同様の現象が発生するらしい。



考えるカラス #5
風船の内部気圧
「小さな風船」と「大きな風船」の圧力はどちらが高い!?