ちょっと変わったマニアな作品が集結

よろしくお願いいたします

あるHPに
真空チャンバーを高真空に引いたときにチャンバーに掛る力につて、
次のようにありました。
「チャンバー内を10E-4Paまで引いた時、直径20cmの範囲には
1トンの力が掛る」

計算式はのっていなかったので、自分で途中計算を求めてみようと
したのですが、途中で分からなくなってきました。

まず、チャンバー内の圧力が10E-4Paということはほぼ0Paとして、内外の圧力差をほぼ1気圧(101300Pa)として大丈夫ですよね?

1平方cm中に掛る力を、トリチェリーの実験から
1033(g)×10E-3×9.8(M/S2)=10123.4(kg重)

直径20cmの面積は314(cm2)

ゆえに
10123.4×314=3178747.6
となりました。


どこが間違っているのでしょうか?

このQ&Aに関連する最新のQ&A

A 回答 (2件)

計算が不得意なので、概算で許してください。



>>>
まず、チャンバー内の圧力が10E-4Paということはほぼ0Paとして、内外の圧力差をほぼ1気圧(101300Pa)として大丈夫ですよね?

そうですね。大丈夫です。

トリチェリの実験は、計算と関係ないと思います。


10^5 Pa × (π × 0.1^2 m^2) ≒ 3 × 10^3 N

kgfに直すと、
3 × 10^3 N ÷ g ≒ 3 × 10^3 N ÷ 10m/s^2
= 300 kgf

3倍ぐらい違いますね。
もしも、直径20cmでなく半径20cmだったら、大体1トンになりますけど。
    • good
    • 0

チャンバーの真空度を P [Pa]、外気圧を P0 [Pa]としたとき、直径 D [m] の円板にかかる力 F [N] は



F = ( P0 - P )*π*(D/2)^2

となります(符号は無視します)。力でなく重さに換算して m [kg] の力に直すと、F = 9.8*m ですから、

m = ( P0 - P )*π*(D/2)^2 / 9.8

です。D = 0.2 [m]、P = 10×10^(-4) [Pa]、P0 ­= 1.01325×10^5 [Pa] = 標準大気圧 なら、m = 324.8 [kg] です。直径でなく、半径が 20cm なら m = 1299 [kg] です。

余談ですが、真空装置にはすごい圧力がかかっていると誤解されている人が多いのですが、中が完全な真空でも、圧力差は高々1気圧です。上の場合、チャンバーの真空度がP = 0.1 Pa のときも完全真空(P=0)のときも、m = 324.8 kg です。なお、1気圧の定義は 1.01325×10^5 Pa です。
    • good
    • 1

このQ&Aに関連する人気のQ&A

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q真空容器の強度計算方法を教えて下さい!

真空容器の強度計算方法を教えて下さい!

真空容器の強度は、どのように計算すれば良いのでしょうか?
仕様は下記の通りです。

胴体     ; 直径400mm,内径360mm(肉厚20mm),高さ780mm,材質→アクリル
天板,底板; 直径400mm,板厚5mm,材質→アルミ
使用圧力 ; 0.1気圧
その他   ; 胴体と天板および底板は、ボルトで固定します。

このような条件で、問題はありますか?
直感で、天板と底板の強度が足りないように思います。
計算方法を教えて下さい。
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

No.1の方の”現物主義”も大切ですが、それでは”あたりをつける”ということができません。

ここでの天板と底板に発生する応力は、等分布荷重を受ける円板の曲げの問題で解決できます。
その解は、機械工学便覧などを見れば出ています。

等分布荷重(=圧力)をp,半径をa,板厚をh,ポアソン比をνとします。

外周を固定された円板の場合の場合には、次のようになります。
中心の応力
σr=3(1+ν)pa^2/(8h^2)
σθ=σr
外周縁の応力
σr=3pa^2/(4h^2)
σθ=νσr

簡単のために、最大主応力で評価するとすれば、注目する応力は、中心、外周縁とも、σrです。
中心、外周縁のσrのどちらが大きいかといえば、外周縁の方です。
だから、最大応力σmaxは、
σmax=3pa^2/(4h^2)
となります。

安全のために、aとしては、ボルトのピッチ円の半径(190mmぐらい?)をとれば良いと思います。
圧力の単位は、気圧ではなくて、Paに変換する必要があります。
(0.1atm=101.3hPa=10.13kPa=0.01013MPa)

これらの値を使って計算すると、
σmax=3*0.01013*190^2/(4*5^2)=10.97MPa
となって、使用するアルミ材にもよりますが、大局的には大丈夫そうです。

圧力が繰り返し作用する場合には、疲労に対する検討をしなければなりませんが、それでも大丈夫そうですね。

もし、外周が固定ではなくて、支持状態だとすると、発生応力の最大値は2倍ほど高くなって、
σr=σθ=3(3+ν)pa^2/(8h^2)
となります。(発生位置は中心)
この場合でも、ν=0.34として、
σmax=18.3MPa
ですから、この場合でも大丈夫そうです。

以上の計算は、必ずご自分で検算なさってください。
私のポカミスで、結論がひっくり返るかも知れません。

外周が固定に近いか、支持に近いかは、実物を観察して、実測してみなければわかりません。
それができない場合には、応力が大きく出る方で設計します。

No.1の方の”現物主義”も大切ですが、それでは”あたりをつける”ということができません。

ここでの天板と底板に発生する応力は、等分布荷重を受ける円板の曲げの問題で解決できます。
その解は、機械工学便覧などを見れば出ています。

等分布荷重(=圧力)をp,半径をa,板厚をh,ポアソン比をνとします。

外周を固定された円板の場合の場合には、次のようになります。
中心の応力
σr=3(1+ν)pa^2/(8h^2)
σθ=σr
外周縁の応力
σr=3pa^2/(4h^2)
σθ=νσr

簡単のために、最大主応力で評価するとすれば...続きを読む

Q真空容器の強度について質問です。

真空容器の強度について質問です。

ステンレス製容器
直径160mm×高さ160mm
蓋を10mmもしくは20mmのアクリル板で作成予定です。(蓋の固定なし)

真空圧力は10kPa(1/10気圧)

この時

のアクリル板にかかる応力と歪み量の計算の仕方を教えて頂きたく。

5mmのアクリル板は有るのですが、多分歪むでしょうし、破断するのが怖くて。
可能であれば安い10mmを購入したいと思ってます。

宜しくお願いします。

Aベストアンサー

蓋は平板でしょうから、こちらの計算が使えます。
http://ebw.eng-book.com/heishin/DiskMaximumStressAndDeflection_evenstephen_1_calculation.do?category=evenstephen_1

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

QNをPaに単位換算できるのか?

大変困ってます。
皆さんのお力をお貸しください。

加重単位Nを圧力単位Paに変換できるのでしょうか?
もし出来るとしたらやり方を教えてください。
具体的には30Nは何Paかということです。
変換の過程も教えていただければ幸いです。

是非、ご回答、よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

 No.1さんがおおまかに答えておられますが、補足します。
 N(ニュートン)は力の単位です。対して、Pa(パスカル)は圧力の単位です。これらは次元が違うので、単独では変換はできません。
「30 Nは何Paか」
というのはナンセンスです。
 NとPaの関係は、
Pa = N/m^2
です。質問が、
「30 NをPaを使って表せ」
というのならば、
30 N = 30 Pa・m^2
となります。m^2(平方メートル)という単位が必要になります。物理量の間の関係、
圧力 = 力/面積
および、単位の間の関係
Pa = N/m^2
を整理して覚えてください。

Q負圧力 真空について

こんにちわ、負圧力や真空について質問です。
絶対圧力で言うと真空は0キロ 大気圧は1キロですよね、そこで質問です。
僕の頭の中には液体も気体も圧力が高い方から低い方へ移動すると言うのがあります、地球上は大気圧が作用していて、常に1キロがかかっているとしたら、真空ではなくても0.5キロの空間があったら、空気も流体もそちらに流れると言うことですよね?
昔理科の授業で注射器で水を吸い取れるのは注射器の中が真空になるからだと教わりました、でも0キロが真空だとしたら0~大気圧(1キロ)の間だったら真空じゃなくても、吸い込む力が生まれると言うことなんでしょうか?
また、0(真空)~大気圧の間は何と言われる圧力なんですか?
0(真空)~大気圧の間はどのような空間なのでしょう?
身近にそんな空間はありますか?
どなたか詳しく教えていただける方おられましたらお願いします!

Aベストアンサー

真空とは完全に何も無い状態のことを指すのではなく大気圧よりも低い気圧全般を指す言葉ですので、0.5気圧も真空です。真空度が違うと言う話です。従って0.9気圧でも引っ張る力は生まれます。ただ、引っ張る力と言う解釈は間違いなので、これは大気圧によって押される力と考えたほうが良いでしょう。注射器の中と外で気圧が違うと、中から押し出す力と外へ押し出す力のバランスが崩れるため、押される力の大きい方から小さいほうへピストンが移動するという理解のほうが正しいでしょう。

質問者さんの言われる完全に何も無い状態は絶対真空と呼ばれますが、これは仮想の話で、実際には作れません。あと真空の度合いによって低真空・中真空・高真空・超高真空などと区別する場合もあります。

それから大気圧は1キロではありません。まぁ、凡そ1平方センチメートルあたり1キログラムほどの力になりますが、圧力あらわすときに昔のKgF(キログラムは質量の単位ですのでKgではなく力としての単位であるkgfを使う)を使うのであれば必ずそれに対応する面積を示す必要があります。1kgf/cm^2と1kgf/m^2では10000倍もちがう圧力になってしまいます。まぁ、今はPa(パスカル)を使うと言う取り決めになっていますのでこちらを使用したほうが良いでしょう。ちなみに1kgf/cm^2は 98.0665kpaになり、1気圧は1013.25 hPaです。

もうひとつ、地上より上空のほうが圧力が低いのに、地上から上空に空気が流れていかないのは、地球の重力によってひきつけられているからです。これは海の水圧が深いところほど高くなるのと同じで、上に積み重なっている水(空気)の重さ分だけ圧力が掛かっていると言うことです。ただ水と違い空気は気体ですので、圧力が高くなればそれ自体が圧縮されて密度が高くなりますから、水とは異なり圧力の低い上空ほど空気が薄いと言うことがおきるのです。

真空とは完全に何も無い状態のことを指すのではなく大気圧よりも低い気圧全般を指す言葉ですので、0.5気圧も真空です。真空度が違うと言う話です。従って0.9気圧でも引っ張る力は生まれます。ただ、引っ張る力と言う解釈は間違いなので、これは大気圧によって押される力と考えたほうが良いでしょう。注射器の中と外で気圧が違うと、中から押し出す力と外へ押し出す力のバランスが崩れるため、押される力の大きい方から小さいほうへピストンが移動するという理解のほうが正しいでしょう。

質問者さんの言わ...続きを読む

Qエクセルで計算すると2.43E-19などと表示される。Eとは何ですか?

よろしくお願いします。
エクセルの回帰分析をすると有意水準で2.43E-19などと表示されますが
Eとは何でしょうか?

また、回帰分析の数字の意味が良く分からないのですが、
皆さんは独学されましたか?それとも講座などをうけたのでしょうか?

回帰分析でR2(決定係数)しかみていないのですが
どうすれば回帰分析が分かるようになるのでしょうか?
本を読んだのですがいまいち難しくて分かりません。
教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。
・よって、『2.43E-19』とは?
 2.43×1/(10の19乗)で、
 2.43×1/10000000000000000000となり、
 2.43×0.0000000000000000001だから、
 0.000000000000000000243という数値を意味します。

補足:
・E+数値は 10、100、1000 という大きい数を表します。
・E-数値は 0.1、0.01、0.001 という小さい数を表します。
・数学では『2.43×10』の次に、小さい数字で上に『19』と表示します。→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E6%95%B0%E8%A1%A8%E8%A8%98
・最後に『回帰分析』とは何?下の『参考URL』をどうぞ。→『数学』カテゴリで質問してみては?

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E5%B8%B0%E5%88%86%E6%9E%90

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた...続きを読む

Q圧力容器の形状(負圧)

負圧で使う圧力容器の形状、円筒か、角型どちらが適しているのでしょうか。
正圧ならば円筒形が適していますが、負圧でもそうなのでしょうか。
円筒なら、直径1.2m 長さ1.5m
角型なら、一辺が1.2mの立方体
マイナス0.8気圧で使用します。
角型のほうが設置面積に対して容積が大きくなるため、作業効率がよくなり、しかも部品の取り付けや、加工がしやすくなるので、角型のほうが気に入っているのですが、周りからお前は馬鹿かと言われています。

Aベストアンサー

内部補強が可能であれば角型でも問題のない圧力です。
水深2mと同じ外圧です。
内部補強が可能なら6mmの鉄板、内部補強が不可能なら10mmの鉄板くらい鉄板で耐えると思います。
現実的には6mmの鉄板でも耐えますが安全率を考慮する必要があります。
計算ではありません圧力タンクの製造経験の目安ですから製作に当っては専門家に設計を依頼することです。

Q真空中で水はいったい・・・・

 ものすごく初歩的な質問かも知れませんが教えてください。
真空チャンバーの中に水の入った開放容器を置いて真空引きをすると
容器内の水はいったいどうなるのでしょうか?
水は凍るのですか? 蒸発するのですか?
水の状態となぜその状態になるか教えてください。

Aベストアンサー

簡単に言うと,水の沸点に気圧と温度が大きく関係しています
通常,義務教育で習う沸点100℃は,自分たちが生活している
大気圧での状態です
さて真空チャンバー内の開始時の水分量や温度にもよりますが
仮に30℃としておきましょうか
真空引きを始めると気圧が降下していきます
そして0.004MPaに達したときに沸点を迎え蒸発を開始します
この蒸発時に気化熱を奪われるため,水の温度も降下していきます
更に真空引きを続けると圧力降下により沸点も降下し蒸発を続けます
真空引きのポンプの能力が非常に高性能で絶対真空に近いものに
なると沸点は0℃近くまで下がります
さらに真空引きを続けます
この状態で気化に追いつけない液体は凍結し固体へと変化をします

ちなみに私は自動車部品の真空乾燥装置の設計をしていました
ではでは

Qステンレスの単価を教えてください

ステンレスってキロ当たり幾らぐらいするのでしょうか?
工場卸の価格でいいので教えてもらえませんか?
加工とかで大きく違うのは判っているんですが、多分、鋼産業統計とかで使われるマクロな値段でも構わないので教えて頂けないでしょうか?あとそれに対して鉄の値段もわかると助かります.

Aベストアンサー

参考URLは鋼材ドットコムです。
下の方の〔市況・鉄鋼〕を見てください。
現在の卸相場が判ります。

一般に購入する時の価格は、鋼材は1kgで100円前後、ステンレスは400円
位だったと思います。

日経新聞にも相場が出ています。

検索キーワード:鋼板 SUS304 相場 で行っています。
ちなみにSUS304はJIS規格の呼称で、一般的には18・8ステンレスと
言われる物です。

他にも相場表があります。
http://www.japanmetal.com/
↓のほうが便利かも、過去相場もあるので・・
http://www.japanmetaldaily.com/

参考URL:http://www.kouzai.com/

Q真空中の熱伝導について

 素人ですが、
 真空中において、熱伝導はするのでしょうか。
例えば、ある固体を真空の容器で覆った場合、容器に
固体の熱は伝導するのでしょうか。
 又、スペースシャトルで火災が発生した場合、室外は燃えないのではないですか。
 余りうまく表現出来ていませんが、真空中の熱伝導等について、素人でも理解できる簡単な書物等があれば教えて下さい。
 
 
 

Aベストアンサー

素人考えです。
熱の伝導は主に3っつに分かれます。伝熱、対流、放射です。真空中の場合伝熱するものが無いので放射による伝道が起こります。太陽からの放射熱がそれに当たります。
発火は、空気が無い状態でも起こります。練炭等の一酸化炭素中毒が燃えて酸素を使い切っても燃えている証拠です。宇宙に居るスペースシャトルも同じ理屈で燃えると思います。


人気Q&Aランキング