ヘリウム風船がいつまでも浮いているエネルギーは？

Question

家でヘリウム風船が椅子に紐で結ばれて浮いています。もう２、３日になるでしょうか。

ヘリウム風船は紐を通して椅子を上方へ引っ張っています。もちろん、椅子を動かすことはできませんが、持続的に引っ張っているはずです。

だとしたらこの運動エネルギーはどこから供給されているのだろうと気になって仕方がありません。

ヘリウムが何の化学変化も起こしてないのに、ずっとエネルギーを発している（上方への引っ張る力）気がして、永久エネルギーみたいな気がしてなりません・・・。

どうしていつまでも上方へ引っ張っていることができるのでしょうか。どこからそのエネルギーを手に入れているのでしょうか。エネルギー保存の法則とかがあって、絶対に引っ張っている分、どこかでエネルギーを手に入れているはずだと思うのですが。

おバカな質問ですみません（汗）

14289972 · Answer

空気より軽いから空気に上に押されているんだと思います
お風呂のおならと同じ

gldfish · Answer

原子番号2ということからもおわかりのように、気体のヘリウムは世の様々な気体の中でもとても軽い気体なのです。空気は主に窒素や酸素から出来ていますから、ヘリウムは少なくとも空気よりは比重（単位体積あたりの重さ）が軽いのです。
風船が上へ向かうのは、主にこの比重の違いからです。

水の中では、水よりも比重が軽い物質・・例えば発泡スチロールなんかは浮きますよね。この、重いものが下へ行き軽いものが上に行く力を「浮力」と言います。これと原理は同じです。

で、この「重さの違い」というのがそもそも何なのかということになると思いますが、簡単に言うと「それぞれの物質に働く重力の大きさの違い」です。つまりこの違いが、浮力というエネルギーになるのですね。

まことに簡単ではありますが、こんなところでいいでしょうか・・

isa-98 · Answer

逆が重量でして、一度はエネルギーを取り出せますが、永久にはなりません。 
重力は位置エネルギーが原因ですので、風船も同じでしょう。

bankirii · Answer

半永久機関のエネルギーを貰い、変換して反重力を形成しています。
エネルギー源は、足元から放出する磁場（Ｎ極）。
ヘリウムの磁場特性は、反磁場です。
反磁場特性のある原子は、磁場エネルギーを吸収すると反発します。
つまり、Ｎ極－Ｎ極、Ｓ極－Ｓ極に相当する。

以前、磁力で吊り上げた物体を反重力と書き込んだら、「お前茶化されているよ」とボケを入れられた。

＞おバカな質問ですみません（汗）
専門的な要素なので、あっ晴れです。
ＵＦＯが浮いている原理です。

xitian · Answer

風船がそれよりも重い空気の上に浮いていることは、発泡スチロールがそれよりも重い水の上に浮いているのと同じです。これはエネルギという観点で見ると、コップが机の上に置いてある状態と同じなのです。コップが床に落ちないという状態を保つためにはエネルギを必要としません。発泡スチロールが水に浮くという状態を保つためにはエネルギを必要としません。風船が浮くこと自体にも、エネルギを必要としないのです。

しぼんだ風船を差し上げておくには腹がへる。これはエネルギを消費しているに違いない。風船にヘリウムを詰めることで腹を減らさずに風船を差し上げることが出来る。ヘリウムが我々の替わりに仕事をしているのだ。・・・というのは誤りです。単に物体が高い位置にある状態そのものは、理科で言うところの「仕事」をしていることになりません。台に乗せても労せずして結果は同じなのです。

風船に仕事をさせるには、これを上下させる必要があります。風船を低い位置に押し下げたとき、風船には浮力に関する位置のエネルギが増加します。その証拠に風船に小さな荷物を付けて放せば荷物を上に持ち上げることが出来るでしょう。その結果、風船は浮力に対する位置のエネルギを失い、代わりに荷物は重力に対する位置のエネルギを増加します。エネルギの元は風船を押し下げる労働ですから、浮力の存在自体はバネや重力と変わりません。

ある「すごい」状態でとどまっていること、これ自体は理科で言うところの「仕事」とは言いません。引っ張っていること自体にはエネルギがいらないのです。私が自動車を持ち上げる。めちゃめちゃ腹が減りますが、持ち上げ続けている状態そのものは理科で言う「仕事」とは言えず、エネルギを必要としないはずなのです。現に私が顔を真っ赤にして自動車を持ち上げている状態と、その自動車を同じ高さの台の上に載せることは、自動車のエネルギの移動という点で同じです。自動車を上げたり下げたりした時に初めてそれは「仕事」であると言えます。そのとき自動車には高さの変化に応じて位置エネルギの増減があります。

ヘリウム風船の場合は、低い位置に居るときに浮力に関する位置エネルギが大きいと言えます。上に上がってしまうことはこのエネルギをある程度失ってしまった状態です。この風船に再度「浮き上がる」という仕事をさせるためには、風船のひもを引いて風船を引き下ろすという労働が必要になります。浮力によって上下が入れ替わっただけで、ひものついたおもりと変りません。上下に移動するときにエネルギの交換が行われるだけで、留まっている状態ではエネルギを消費しません。

datchi417 · Answer

ヘリウムが周りの空気より軽いため、浮力で浮いているだけです。
（船が水に浮いているのと一緒）
風船からヘリウムが抜けて、風船の重さを浮かせるだけの浮力を得る量が確保できなくなれば床に沈みます。

bankirii · Answer

＞しかし、ヘリウムの磁場特性とは・・・。初めて聞きます・・・。

記載してあるのですが、気にならないのでしょう。

ttp://ja.wikipedia.org/wiki/ヘリウム

右側のボックスに注目

外見 → 一般特性 → 物理特性 → 原子特性 → その他　を見て下さい。

ttp://ja.wikipedia.org/wiki/反磁性

mazeran · Answer

>だとしたらこの運動エネルギーはどこから供給・・・

ヘリウム風船の紐が椅子に固定されて静止している場合、風船自体が運動していないのでエネルギも消費しないんです。
御礼のところに書かれていましたが、力を発生させるには「速度」ではなく、「加速度」になります。
質量のあるものが速度を持って移動すれば、「エネルギ」を持つことになります。
質問と御礼の文章を読んでると、多分、質問者様は「速度と加速度」、「エネルギと力」、「質量と重量」の違いに曖昧なところがあると思われます。

ヘリウム風船が浮かぶのは、地球の「重力」が原因なんです。
つまり、「エネルギ」ではなく「力」だと言うことです。

家の中にある椅子に風船の紐が結んであるわけですね。
じゃあわかり易く説明すると、その家を、床と天井が反対になるようにひっくり返った状態になった時のことを考えてみてくださいな。
すると今まで床だったところが天井の位置になるわけで、そこからぶら下がる形で椅子があり、その椅子から紐がぶら下がり風船が付いている。
見方を変えると、「天井（以前の床）から風船がぶら下がっている。」状態に見えませんか。
状態はこれと同じと考えて問題ないです。

次は通常の状態で考えると、たとえば物に紐を付け、その紐を天井に固定すると、物は天井からぶら下がります。
これは「重力」と言う「力」が物を引っ張っているからこの状態になります。
この状態では、「エネルギ」は一切消費していませんよね。
もしエネルギが消費されていれば、必ず「熱」が発生するんですが、熱なんか発しませんよね。

その次はヘリウム風船で考えます。
地球の重力が原因と書きましたが、説明します。
重力が空気を引っ張っているのはご存知かと思います。
それを我々は「気圧」として感じるわけです。
「気圧」は「圧力」と言う「力」なので、平衡を保とうとする性質があります。
その中に比重の小さいヘリウムを詰めた風船を置くと、水の上に船を浮かべる時と同じで、風船があることで押しのけられた空気が平衡を保とうとし、風船に対して重力（気圧）の弱くなる方向へ、つまり上方へ押し上げる形の力となって働くわけです。
しかしこれも無限ではなく、上方へ行くと空気の圧力は小さくなるので、平衡したところで上昇運動は停止します。
正確には、「その高さの空気と、風船の中のヘリウムの単位体積当たりの質量が等しくなる高さ。」です。
よって、「永久機関」ではありません。

重力によってできた空気の圧力が、平衡を保とうとして風船に力を発生させた結果、風船は紐を介して椅子と釣り合いの関係にあるが、椅子の力が強いので、椅子が風船を下向きに引っ張っている状態と言えます。

Ｎｏ，５の方が書かれていますが、人を例にして仕事を説明されています。
人間にとっては、罰を受けバケツを持って廊下に立っているだけでエネルギを使いますが、理科（物理）では確かに仕事はしていません。
なぜか？。
理由は、人間には自由度の高い「関節」がたくさんあり、関節の角度を保つために「筋肉」を使っているのですが、筋肉を動かすには、食物から摂ったエネルギを使うからです。
つまり、「バケツを持つ」と言う姿勢を保つために、体中の筋肉にエネルギを与えないと、姿勢を保つと言う「釣り合い」が取れないために、物理で言うところの仕事とは違って来るんです。
棚や台は、その形を保とうとするためにエネルギを必要としませんよね。

foomufoomu · Answer

いくつか、勘違いが見られるようですが、

＞なんだか、力学ではF=mvだった気がします。
F=m*aです。aは加速度です。（が、今回の質問とは関係ありません）

＞速度がなければ力は発生していないのですね。
速度と力は別です。速度がなくても力は発生していることがあります。速度があっても力がかかってないこともあります。
また力とエネルギー(=仕事)も別のものです。エネルギーには多くの形がありますが、そのひとつは、
エネルギー(仕事)＝力×移動距離
です。

＞人間が手で何かを持ち上げて、そのまま、その場所にとどめておくのは疲れるし、
＞エネルギー使っていると思うのですけど・・・。
これは、難しい問題で、いまだに、なるほどと思う説明を見たことがないのですが、
ひとつの説明は、持ち上げていると疲れるのは、生理学上の問題で、物理学の問題ではない。というものです。
別の説明は、人が物を持ち上げているときは、小刻みに上下に動いていて、それが仕事になっている。というものです。

＞ヘリウム風船が椅子を上方へ引っ張って、椅子がそれに抵抗して下へ引っ張っているのに
＞エネルギーは使っていない。う～ん、では、何を使っているのでしょうか・・・・。
くりかえしますが、力だけでは、エネルギーにはなりません。
これについては、これまでの回答にもいくつも書かれています(たとえば、机の上に置いたコップと同じ)

TT414 · Answer

gldfishさん
>原子番号2ということからもおわかりのように、気体のヘリウムは世の様々な気体の中でもとても軽い気体なのです。
違います。ヘリウムは原子番号2ですが原子量4です。水素は原子番号も原子量も1です。水素原子は単独でいられないので水素分子になりますがそれでも分子量2でヘリウムの半分です。

ヘリウム風船がいつまでも浮いているエネルギーは？

空気より軽いから空気に上に押されているんだと思います

原子番号2ということからもおわかりのように、気体のヘリウムは世の様々な気体の中でもとても軽い気体なのです。

逆が重量でして、一度はエネルギーを取り出せますが、永久にはなりません。

この回答への補足

半永久機関のエネルギーを貰い、変換して反重力を形成しています。

この回答への補足

風船がそれよりも重い空気の上に浮いていることは、発泡スチロールがそれよりも重い水の上に浮いているのと同じです。

ヘリウムが周りの空気より軽いため、浮力で浮いているだけです。

＞しかし、ヘリウムの磁場特性とは・・・。

>だとしたらこの運動エネルギーはどこから供給・・・

いくつか、勘違いが見られるようですが、

この回答への補足

gldfishさん

この回答への補足

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