熱気球の内の空気の質量

熱気球の原理についての質問です。
気球内には空気が存在していますが、下の部分が開いているのにもかかわらず、気球内部の空気の重力が気球の下向きに働く力の一つになるのがわかりません。

もしこれが成り立つならば、例えば、気球内部に金属の塊がどこにも触れずに存在していたとしたら、この金属の塊の重力も気球の下向きに働く力の一つになると思ったのですが…どう考えても僕の考え方の方がおかしいです。

なぜ気球内の空気の重力が気球の下向きに働く力の一つになるのですか？

質問者からの補足コメント

• 僕の質問の仕方が悪かったのですが、
  気球が浮上するかどうかは
  (気球に働く浮力)>(気球の重力)+(気球内の空気の重力)となった時に浮上するんですよね？
  
  気球の下に穴が開いているのに、なぜこの(気球内の空気の重力)も考慮するのかがわからないんです

  No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2016/12/30 16:20

No.7 ベストアンサー 回答者： rnakamra 回答日時： 2016/12/30 20:29

もし気体が気球から出て行かないで気球が静止しているようでしたら、気球の内面にかかる力(部分部分にかかる圧力に面積を掛けてそれを足し合わせたもの)と気球下面の穴から出て行こうとする力の合計が気体にかかる重力と等しくなります。

当然ながらそのままでは下の穴から気体が外に逃げてしまいます。
外に逃げないようにバーナーであぶります。そのバーナーで加熱され上昇する気体の力が下穴から出てくる力と拮抗することでプラスマイナスゼロになり気球内の気体の総量が一定に保たれるのです。

気体にかかる重力は、気球の内面と下で加熱するバーナーで支えられているのです。

するとバーナーにはその反作用として下に押されます。この分、気球を持ち上げるための力が増えます。

この回答へのお礼

気体にかかる重力は、バーナーで支えられているんですね！おかげさまでなぜ気球内の空気の重力も考えるのかがイメージできました
ほかのみなさんもありがとうございました

お礼日時：2016/12/30 23:37

No.6 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/12/30 17:30

>気球の下に穴が開いているのに、なぜ

気球の内部の空気も一緒に上へ昇らせる必要が
あるなら、当然勘定に入れる必要が有ります。

もちろん、気球の内部の空気を下に置いていってしまったら
気球はしぼみ、浮力は失われます。

No.5 回答者： oo14 回答日時： 2016/12/30 16:41

水中で風船を膨らませると、下の部分が開いているにもかかわらず、

風船の中の空気の重力があるから沈むと思いますか
浮きますよね。
鉄の塊は水より比重が大きいため浮力は生じますがしずみます。
ただフラスコのような形状だと中に半分も空気が入っていると浮くでしょう。
気球は気温や気圧との微妙なバランス関係がありますので、一言で説明しようとすると
上記のように荒っぽい回答になりました。
詳しくは下記など参考になると思います。
http://www.jballoon.jp/safety/handbook/indivisua …

No.4 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2016/12/30 16:39

孔が空いていようが、いまいが、気球内の空気に重力はかかる。

浮力>重力 となり、中の空気を上に押し上げるから、空気を包んでいる気球も一緒に上へ持ち上げられる。

No.3 回答者： isoworld 回答日時： 2016/12/30 15:42

重力と空気の密度差による浮力をごちゃ混ぜに考えていませんか？　地球上の重力は、物体と地球の間で働く引力です。

気球内部の空気の重力と、気球の下向きに働く力とは無関係です。

No.2 回答者： maguzamu 回答日時： 2016/12/30 14:56

空気には重さが無いと思っているかもしれませんが、

空気にも重さはあります。

空気は地球の重力に引っ張られているから地球の表面に覆い被さる様に存在している訳ですし、
空気の重さが私たちの頭の上には圧し掛かっているのです。

その空気の重さというのが、気圧という圧力になる訳で、
私たちの住む海抜０mぐらいの平地では、頭の上に沢山の空気がある為、
平均、１気圧という圧力が発生します。

しかし、標高が高い山に登れば、頭の上にある空気の量も減る為、
気圧もどんどん低くなっていきます。

つまり、気球に対しても同じ事が言え、
気球の上にも空気は存在する為、空気の重さによって下に押し付けられているという事になります。
※厳密には下だけでなく、上下左右、満遍なく押し付けられています。

そういった事を理解すれば、質問者さんの疑問も解けるお話なのではないでしょうか？

No.1 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2016/12/30 13:27

>>気球内部の空気の重力が気球の下向きに働く力の一つになる

気球を下向きにする力はうまれないよ。

中の空気にも質量があるから、空気自体には下向きの力がかかる。
中の空気にはう１個力が働いている。

周りの空気による浮力。
中の空気の体積と等しい周りの空気の重さ分、上向きの力がかかっている。

だから普通なら下向きの力と上向きの力が釣り合っている。

熱気球は中の空気を熱しているから、体積が膨張して密度が小さい。

浮力が同じ体積の周りの空気の重さと等しいから、上向きの力の方が大きくなり、下の部分が開いても下へは落ちない。
上に上がろうとする。