みんなは飛行機で旅行行ったことある？飛行機ってワクワクして楽しいよね！
前、飛行機の中でポテチを食べようとしたら、袋がパンパンになってたんだよね。
なんか気圧が下がるからって言ってたけど、なんで気圧が下がったら袋が膨らむの？
他の荷物は膨らまないのにね。
じゃあ調べてみよう！なぜ高い場所ではお菓子の袋が膨らむの？ ― 気圧が下がるとなぜ膨らむ？
結論
結論からいうと、高い場所では外の気圧が低くなるため、袋の中の気体が広がって袋が膨らむからです。
袋の中の空気が増えているわけではありません。
高い場所では外から押す力が弱くなるため、袋の中に閉じ込められた気体がより広い空間に広がります。
その結果、お菓子の袋がパンパンに膨らんで見えるのです。
そもそも気圧って何？
私たちの周りには空気があります。
空気は目には見えませんが、質量があります。
そして地球の周りには大量の空気があるため、その重さによって地表は常に押されています。
この空気による圧力が、
気圧
です。
普段は意識しませんが、私たちは常に空気から押されながら生活しています。
高い場所ではなぜ気圧が下がるの？
標高が高くなると、自分より上にある空気の量が少なくなります。
海の近くでは、頭の上に大量の空気があります。
一方、高い山の上では、その地点より上にある空気の量が少なくなります。
そのため、
上から押してくる空気の重さが減る
ことになります。
結果として、高い場所ほど気圧は低くなります。
お菓子の袋の中にも気体が入っている
ポテトチップスなどのお菓子の袋には、お菓子だけでなく気体も入っています。
多くの場合、酸化を防いだり、中身が割れるのを防いだりするために窒素などが入れられています。
地上では、
袋の内側から押す力
と
外の空気が袋を押す力
がある程度つり合っています。
そのため、袋は普通の大きさを保っています。
高い場所へ持っていくとどうなる？
その袋を高い山などへ持っていくと、外の気圧が下がります。
一方、袋の中の気体は密閉されているため、すぐに外へ逃げることはできません。
すると、
外側から押す力が弱くなる
ため、袋の中の気体が広がりやすくなります。
その結果、袋が膨らみます。
気圧が下がると、なぜ気体は膨らむの？
気体を作っている分子は、常に激しく動き回っています。
そして袋の内側にぶつかることで圧力を生み出しています。
外の気圧が高いときは、袋の外側からも強く押されているため、気体はあまり広がれません。
しかし外の気圧が低くなると、外側から押さえつける力が弱くなります。
すると袋の中の気体は、
より広い空間に広がることができる
ようになります。
つまり、
空気が増えたのではなく、同じ量の気体が広がった
ということです。
ボイルの法則
この現象には、
ボイルの法則
と呼ばれる気体の性質が関係しています。
温度がほぼ一定なら、
圧力が下がると気体の体積は大きくなり、圧力が上がると体積は小さくなる
という関係があります。
簡単にいうと、
強く押されると縮み、押す力が弱くなると広がる
ということです。
高い場所では外の圧力が下がるため、お菓子の袋の中の気体が膨張します。
袋の中の気圧はずっと同じなの？
実際には、袋が膨らむにつれて中の気体の体積も大きくなります。
すると袋の中の圧力も少しずつ下がります。
最終的には、
袋の中の圧力と外の気圧、そして袋そのものが縮もうとする力
がつり合うところで膨らみ方が止まります。
そのため、袋が無限に膨らみ続けるわけではありません。
飛行機でも膨らむ？
飛行機の中でも似た現象が起こることがあります。
飛行機の客室は加圧されていますが、地上とまったく同じ気圧ではありません。
そのため、地上で密封されたお菓子の袋を機内に持ち込むと、少し膨らむことがあります。
ただし客室内はしっかり加圧されているため、飛行機が飛んでいる高度そのものの低い気圧になるわけではありません。
風船でも同じことが起こる？
起こります。
風船を高い場所へ持っていくと、外の気圧が下がるため膨らみやすくなります。
特に気象観測用の風船は、非常に高い場所まで上昇します。
上空では気圧が大きく下がるため、風船の中の気体がどんどん膨張します。
最終的には風船が耐えられなくなり、
破裂する
こともあります。
逆に低い場所へ持っていくと？
逆のことも起こります。
高い場所で袋を密封して、それを低い場所へ持っていったとします。
今度は外の気圧が高くなります。
すると袋は外側からより強く押されるため、
へこんだり縮んだりする
ことがあります。
ペットボトルでも同じ
山の上で空のペットボトルのフタを閉め、そのまま低い場所へ持っていくと、ペットボトルがへこむことがあります。
これも同じ原理です。
高い場所では気圧が低いため、低い圧力の空気がペットボトルの中に閉じ込められます。
その後、気圧の高い低地へ移動すると、外側から強く押されます。
その結果、
ペットボトルが内側へへこむ
というわけです。
耳が詰まるのも同じ気圧の話
山や飛行機で耳が詰まったようになるのも、気圧が関係しています。
耳の奥には空気が入っている空間があります。
周囲の気圧が急に変わると、耳の内側と外側で圧力差ができます。
すると鼓膜が押されて、
耳が詰まったような感覚
が起こります。
つばを飲み込んだり、あくびをしたりすると圧力差が調整され、楽になることがあります。
まとめ
高い場所でお菓子の袋が膨らむ理由は、
標高が上がると外の気圧が下がり、袋の中の気体が広がるからです。
袋の中の空気が増えているわけではありません。
外から袋を押す力が弱くなることで、もともと入っていた気体が膨張しています。
この現象には、
圧力が下がると気体の体積が大きくなる
というボイルの法則が関係しています。
山でパンパンになったお菓子の袋は、
目には見えない気圧の変化を、目で確認できる身近な現象
なのです。
キーワード
気圧 / お菓子の袋 / 山 / 標高 / 空気 / 膨張 / ボイルの法則 / 飛行機 / ペットボトル / 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。
コメント