続いては、宇宙実験の話！
宇宙空間ってほぼ真空状態なんだって。真空ってことは空気がないんだよね？
てことは、宇宙空間じゃ空気を送れないから風船は膨らまない？でも空気入れを
使えば膨らみそうじゃない？口で膨らませると膨らみそうだけどどうなんだろう？
じゃあ調べてみよう！宇宙で空気入れを使うと風船はどうなる？真空で膨らむ仕組みを解説！
結論
結論からいうと、普通の空気入れを宇宙空間で使っても、風船はほとんど膨らみません。
理由はシンプルで、
ポンプが吸い込む空気そのものが、宇宙空間にはほとんどないからです。
地球上の空気入れは、周囲の空気を吸い込んで、それを圧縮して風船やタイヤの中へ送り込んでいます。
でも宇宙空間はほぼ真空です。
そのため、ポンプを動かしても、
吸い込む材料がない
ということになります。
そもそも空気入れは何をしているの？
空気入れというと、
「空気を作っている」
ように感じるかもしれません。
でも実際には違います。
空気入れは、
周囲にある空気を吸い込み、それを押し込んでいるだけ
です。
例えば自転車用のポンプなら、ハンドルを引いたときに筒の中へ空気が入り、押したときにその空気をタイヤへ送り込みます。
つまり、
空気入れ＝空気を移動させる装置
です。
地球ではなぜ使えるの？
地球の周りには大気があります。
私たちは普段、その空気の中で生活しています。
そのためポンプの吸入口の周囲には、いつでも大量の空気があります。
ポンプを引くと、筒の中の圧力が下がります。
すると外の空気が押し込まれるようにして中へ入ってきます。
その空気を今度は押し縮めて、風船などへ送ります。
宇宙空間ではどうなる？
宇宙船の外は、ほぼ真空です。
つまり、
ポンプの周囲に吸い込める空気がほとんど存在しません。
ポンプを引いて筒の内部を広げても、外から入ってくる気体がほぼありません。
そのため、
引く
↓
ほぼ何も入らない
↓
押す
↓
送る気体がない
という状態になります。
結果として、風船はほとんど膨らみません。
真空なのに「吸う」ことはできないの？
ここが少し面白いところです。
私たちはよく、
「ポンプが空気を吸う」
と言います。
でも実際には、ポンプが空気を引っ張っているわけではありません。
ポンプの中の圧力を下げることで、
周囲の大気圧が空気を中へ押し込んでいる
のです。
地球では外側に大気圧があるため、空気がポンプの中へ入ってきます。
しかし宇宙空間では外側の圧力がほぼゼロです。
つまり、
押し込んでくれる空気もない
ということです。
掃除機も宇宙では同じ？
考え方はかなり似ています。
掃除機も「ゴミを吸っている」ように見えますが、実際には内部の圧力を下げています。
すると周囲の空気が掃除機の中へ流れ込み、その流れに乗ってゴミも運ばれます。
しかし宇宙空間では、そもそも周囲の空気がほぼありません。
そのため地球上と同じような仕組みの掃除機を動かしても、
空気の流れそのものを作れません。
じゃあ宇宙で風船を膨らませる方法はないの？
あります。
外から気体を用意すればいいのです。
例えば、
- 圧縮空気のタンク
- 酸素ボンベ
- 窒素などのガスタンク
をポンプや風船につなげれば、気体を送り込むことができます。
つまり必要なのは、
ポンプではなく、気体の供給源
です。
タンクにつなげたら風船は膨らむ？
膨らみます。
むしろ宇宙空間では、地球上より少ない気体でも風船が膨らみやすくなります。
なぜなら、風船の外側から押す空気がほぼないからです。
地球上では風船の外側にも大気圧があります。
そのため風船を膨らませるには、
外側の大気圧＋ゴムの縮もうとする力
に勝つ必要があります。
しかし宇宙空間では外側の大気圧がほぼありません。
そのため、
風船のゴムを広げる力さえ上回れば膨らむ
ことになります。
じゃあものすごく大きくなる？
普通の風船なら、かなり危険です。
気体を入れ続けると風船はどんどん膨らみます。
外側から押す大気がほぼないため、地球上よりも少ない内部圧力で大きく膨らむ可能性があります。
そして最終的には、
ゴムが耐えられなくなって破裂します。
地球で膨らませた風船を宇宙へ持っていったら？
これも面白いです。
地球上で風船を膨らませて、そのまま外部の気圧をどんどん下げていくとします。
すると風船の外から押す力が弱くなります。
そのため中の気体が広がり、
風船はさらに膨らみます。
実際、気球などでも高度が上がるにつれて外の気圧が下がり、中の気体が膨張します。
高度が高くなると巨大化し、最終的に破裂することもあります。
「真空＝何でも吸い込む」は間違い？
真空という言葉から、
「ものすごい吸引力がある空間」
というイメージを持つことがあります。
でも、真空そのものが何かを強く吸い込んでいるわけではありません。
物が真空方向へ動くのは、
反対側にある気体の圧力に押されるから
です。
例えば吸盤が壁にくっつくのも、吸盤の中の圧力を低くして、外側の大気圧が押しつけることで成立しています。
宇宙空間では大気圧そのものがほとんどないため、こうした現象も地球上とは大きく変わります。
人間が口で風船を膨らませたら？
もし宇宙服なしで宇宙空間にいる、という現実には危険すぎる状況を一旦無視すれば、
肺の中にある空気を風船へ送り込むこと自体はできます。
ただし、周囲が真空なので人間自身が正常に呼吸できません。
さらに急激な圧力差によって人体に深刻な影響が出ます。
つまり、
理屈上は自分の体内にある気体を使えるが、実際に行うことは不可能に近い
ということです。
宇宙船の中なら普通に使える？
宇宙船やISSの内部には、人が生活できるように空気があります。
そのため宇宙船の中なら、普通のポンプでも周囲の空気を吸い込めます。
つまり、
無重力だから空気入れが使えないわけではありません。
重要なのは重力ではなく、
周囲に気体が存在するかどうか
です。
ポンプ自体は真空中でも動く？
これはポンプの種類によります。
手動のピストン式ポンプなら、機械としてハンドルを動かすことはできます。
しかし周囲に気体がなければ、いくら動かしても送り込むものがありません。
一方、最初から密閉されたガス源につながっている装置なら、真空中でも気体を移動させることができます。
つまり、
ポンプが動くことと、空気を送り込めることは別の問題
なのです。
宇宙では「空気を吸う」という考え方が変わる
地球では周囲に空気があるのが当たり前です。
そのため、
- ポンプ
- 掃除機
- 吸盤
- ストロー
など、気圧差を利用する道具を普通に使えます。
でも宇宙空間では、
周囲に空気があるという前提そのものがなくなります。
そのため、地球では当たり前に使える道具でも、宇宙ではまったく違う結果になります。
まとめ
宇宙船の外で普通の空気入れを使って風船を膨らませようとしても、
基本的には膨らみません。
理由は、
ポンプが周囲から吸い込む空気が、宇宙空間にはほとんど存在しないから
です。
空気入れは空気を作っているわけではありません。
周囲にある気体を取り込み、それを別の場所へ送り込んでいるだけです。
そのため真空中では、
ポンプを動かせても、送る気体がない
という状態になります。
ただしガスタンクなどを用意すれば、宇宙空間でも風船を膨らませることはできます。
しかも外側の気圧がほぼないため、風船は地球上より膨らみやすくなります。
何気なく使っている空気入れも、
実は「地球には大量の空気がある」という環境を利用して動いている道具
なのです。
キーワード
宇宙 / 真空 / 空気入れ / ポンプ / 風船 / 気圧 / 大気圧 / 真空ポンプ / 宇宙船 / ISS / 科学
※本記事では、文章作成および画像生成の一部にAIを活用しています。
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