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飛行機に乗った時にお菓子の袋がパンパンになりました。
「飛行機に乗ると外気圧が下がり、袋の中の空気が膨張するからだよ」と言われましたが、ピンときません…。外気圧が下がるとどうして膨張するのですか?高度何万メートルとは言っても飛行機の中は温度も地上と変わらないくらい(寒いですけど)に保たれてますよね?
何となく私の勝手なイメージですけど、地上の気圧より空の上の気圧は低いから袋が外から押さえられなくなって、、、というような感じはありますが、では、どうして飛行機が地上に着いてもそのパンパンになった袋は元に戻らないのでしょうか?
どうして空気が膨張するのか、どうして地上に戻ってきても袋が元に戻らないのかの2点と、もし可能ならば飛行機の中の空調ってどうなってるのかご存知の方いらっしゃいましたらそれも加えて3点について教えて頂けたらと思います。
よろしくお願いします。

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A 回答 (6件)

おじさんも時々飛行機に乗ったり登山をしたりします。


持っていった小袋入りのビールのつまみやカップラーメンも上ではパンパンに膨れます。
カップラーメンは山の上で食べますので戻ってきませんが、食べ残しの
つまみの小袋はペチャンコに戻っています。

観察を物理的に説明しようとすると次の3つが考えられます。

1)圧力の影響
 例えば、羽田(海抜ゼロ、1気圧)から出発、機内0.7気圧、20~23℃で袋はパンパン、
目的地(海抜1000m、0.9気圧)に到着、圧力差0.1気圧で袋はまだパンパン。
1000mというと新穂高温泉の高さで、そんな所に有る飛行場は日本にはありません。
海外ならメキシコシティーは2000m以上で気圧は0.7~0.8気圧の間ですが。
後でしぼむのを説明できません。

2)温度の影響
 例えば、出発地温度20℃前後、機内0.7気圧20~23℃、目的地 35℃なら気体の熱膨張で
袋はあるていどは膨らむ。ただし、温度差10℃で気体の体積膨張は3%程度ですから
有力ではありません。

1)と2)の効果の組合せも可能ですが、難があります。

3)菓子内のガスや脂等の揮発性物質による
 ビールのつまみは柿の種、ピーナツ、乾し小魚等の堅いものですが、
菓子の場合は
気体を含み気体透過性の有る海老せんやビスケット類が有ります。
機内の減圧下で袋の中で揮発性物質は菓子から袋内に逃げ出します。
一度、菓子外に出たガスは圧力が戻り高くなってもすぐには菓子内に戻れません。
徐々に菓子の種類によって違う速さで菓子の中に戻り、そうすると袋は徐々にペチャンコに
なるのではないでしょうか。

3)の可能性が当たっているかどうか確認するためには、次の機会には注意深く
観察するようお勧めします。色々な種類のお菓子を食べ残すほど買って貰うことが
とても大事です。
(登山に河童えびせんを持っていった事は有りません。次回考えてみます。
歩いて下りるのに時間が掛かるのが難点ですが。)
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No.2-3です。

 補足を受けましたので。
>でもお菓子の袋も魚の浮き袋も、どうして膨らむんでしょう…。
物理での説明だと「ボイル=シャルルの法則」を持ち出さないといけない
のでしょうけれど、式を眺めたところで現象の直接の説明でもない...。
言えるのは温度が上がっても、圧力が下がっても体積は増えるという
ことです。この菓子袋の場合、内圧は常時周りの空気で押されていて
その場の気圧と等しくなってます。(袋が張るまでは) なので周りの圧力
が下がればその分体積も増えます。単純に気圧が半分になれば2倍に
なろうとします。飛行機の巡航高度の話だと標高2400mの山に登った
と同じになり、体積は3割増し程度になります。
疑問は解るつもりですが、答えになってるかは自信無いです...。

一応↓
ボイル=シャルルの法則 wiki
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9C%E3%82%A4% …

袋が元に戻らないというお話は正直わかりません。通常の生活圏で
の標高差、及び気象変化での気圧差がそれほどあるとも思えません。
温度も購入時~機内~到着地で袋が受けた変化は持ち歩いた人間
と同じなのですから大差があった訳でもないでしょうし。
となると「元に戻らない」のは気圧や温度以外に要因があることに
なってしまいますが、どんなメカニズムによるのか見当がつきません。
幾つかのサイトで山登りで膨らむ話は取り上げてるのですが、そのまま
持ち帰ったものがどうなったか、までは書いてありませんでした...。

今回No.1様の回答内容について触れましたが、回答内容に齟齬があると
質問者や閲覧者が判断に困るのではと考えたからで、この場が質問に
対して回答することのみが許されており、それ以外は禁則に触れる可能
性があることも承知しています。また他の回答者様の回答方法に注文を
つけるつもりも毛頭ありません。今後も同様です。
今回、質問者の方に余計な当惑を与えたとすればお詫びいたします。
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>でも着陸後の袋はパンパンでもホテルに着くと徐々に元に戻る袋もあれば、パンパンのままの袋ものもありました。

例としていた0.3気圧の差というのは登山とかでなくても町中で普通に起こりうる気圧差なんですかね?

町中で普通に起こりうる気圧差ではありません。 国内線では、先の説明のようなことはまずありません。


>機内の温度がそんなに低いのなら、温度が空気の膨張に影響しているということは考えにくいですか?

機内の温度は20~23℃くらいに調節しています。 低いのは機外の温度の話です。
よしんば、相当の温度差があったとしても、温度差でこのようなことが起きるとは通常考えられません。

質問者様が、実際に経験されたことですので、いろいろ考えてみたのですが、残念ながら私にはその現象についての説明はできません。 もちろん、そのような経験もありません。



No.2 さまへ

>外気とこの圧縮された高温の空気とを混合させですが、これだとコールドエアは外気のラムエア直接導入みたいな語弊がありませんか?

御指摘の通りです。
ただ、一般の方に専門的すぎる解答をしても (例えば、ENGINN の BLEED AIR を2分し、片方を AIR CYCLE MASHINE ー HEAT ENCHENGER で冷却し…云々は、よほど機械的に興味がありある程度予備知識のある方でないと理解できないと思っていますので)、かえって混乱を前いたり、長文に亘る説明をしなければならなくなるのではと考え、分かりやすいであろうと思う表現をしました。
質問者様からの更に詳しいことを要求がありましたら、そのとき、より詳しく説明すればよいというのが私のスタンスです。

しかし、外気がこんなに低と云う事を感じてもらおうとの意図もありましたけれど、確かに端折りすぎた感も否めません。 反省します。
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この回答へのお礼

そうですか。
そんな経験はありませんか…。
でも私はあるんです。
国内じゃないです。
海外です。
でも国内でもあったような気もします。
不思議です。
ご回答ありがとうございました!

お礼日時:2009/08/07 14:20

No.2です。

一部勘違いしてました。

最初のご質問は「外気圧が下がっても機内は地上と同じ温度
気圧の筈だがどうして膨らむのか」という趣旨ですね。だとNo.1
の方の回答と、私の回答の中にある通り、高空を飛んでる時
の機内圧力は高度2400m相当まで下がってるから、でした。

蛇足ですが地上でエンジンが掛かってないときはAPUという
小型のジェットエンジンがエンジンの代わりに空調用の圧縮
空気を作っています。駐機中の飛行機の機体後部付近で
「ゴー」と言ってるのがそれです。

あと、ちょっと気になったのがNo.1の方の回答最下段の
>外気とこの圧縮された高温の空気とを混合させ
ですが、これだとコールドエアは外気のラムエア直接導入
みたいな語弊がありませんか? 揚げ足とりの様で申し訳
ありません。No.1の方は、数ある航空関係の質問&回答で
疑問符の付く回答も多い中(どう考えても誤った認識、航空
従事者なら100%知ってるハズのことを知らないと言う人...)
「あ この人本物だ」と思える方だとは承知申し上げているので
すが、この表現は少々違うと思うのです。
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>外気圧が下がるとどうして膨張するのですか?


袋の中の空気の圧力がその外より高くなれば膨らみますが、逆に
外が低くなって袋の中が同じまま、でも同様のことが起こります。
深海魚を釣り上げたとき、浮き袋が膨らむというのも同じです。
ゴム風船を密閉容器に入れて、中の気圧を下げる実験とか
ご覧になったことないでしょうか。これも膨らみます。

>どうして地上に戻ってきても袋が元に戻らないのか
原理的には袋が完全密閉であって、離陸前と着陸後の気圧が
ほぼ同じなのであれば一旦膨らんだ袋は元に戻ってる筈ですが、
そうならないのはちょっと解りません。袋の材質で、パンパンのとき
伸びて多少変形し、そのままの形が残る様に見えるのかもしれま
せん。

>飛行機の中の空調ってどうなってるのか
一般的な与圧航空機・旅客機の話です。ごく大雑把に言って:
1)エンジンが吸い込み、圧縮した空気を一部分けて持って来ます。
 (抽気、BLEEDと言います。断熱圧縮で高温高圧の空気です。)
2)数段階に分けて冷却します。外気を使った空気対空気のラジエター
 みたいなもの(HEAT-EXCHANGER)や断熱膨張・圧縮を使う
 機械(AIR-CYCLE-MACHINE)といったものを通過させて行います。
3)熱い空気と冷やした空気を適当に混ぜて20℃前後の空気を
 作ります。これを飛行中、常時機内に供給します。
4)3)までは詰め込むばかりですが、これを機体の一部から逃がす
 ことで圧力を調整します。(OUT-FLOW-VALVE) 言ってみれば
 風呂桶に水道を出しっぱなしで水を入れ、底の栓を適当に開け締め
 すれば水位を調整できるのと同じです。
...こうして機内の高度は最高でも高度8000ft(2400m、富士山
6合目程度)以下になるように保たれ、2分に一回程度全て入れ替わる
様に換気されます。圧力調整は離陸・上昇から徐々に下げていって、
巡航でほぼ一定に、降下中に再び上げて地上と同じになる様にします。
乾燥もしますが一度冷却する行程で水が除かれるのと、もともと高空の
空気に水分が少ないせいです。

この回答への補足

そうですか!
特に飛行機の部分、すごく詳しいですね!
おもしろいです。
でもお菓子の袋も魚の浮き袋も、どうして膨らむんでしょう…。
見たことはあってもピンと来ません。
気圧が影響してという言葉の意味はわかりますが、気圧が影響するということはどういうことなんでしょう…。空気の体積自体は変わりますか?
熱が加わって蒸気になりとか、それが冷たくなってまた水になったり氷になったりというのはわかります。
うーん、私の疑問、通じますか…。
いかがでしょう…。

補足日時:2009/08/07 05:15
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>高度何万メートルとは言っても飛行機の中は温度も地上と変わらないくらい(寒いですけど)に保たれてますよね?



違います。 
ほとんどの旅客機は、高度1万メートルで 0.7 気圧前後になるよう調節されています。 温度は通常の範囲で自由に設定できますが、20~23℃くらいになるよう調整します。


>どうして空気が膨張するのか、どうして地上に戻ってきても袋が元に戻らないのかの2点

地上が 1 気圧 (菓子袋の中の圧力も約 1 気圧) に対して、上空の機内の圧力は 0.7 気圧、つまり 菓子袋は機内の圧力より 0.3 気圧高くなるので、パンパンになります。

地上に戻ってくると、周囲 (勿論、機内も) の圧力も 1 気圧に上がるので、当然、元の状態に戻ります。


>飛行機が地上に着いてもそのパンパンになった袋は元に戻らないのでしょうか?

これが事実だったのなら、到着した飛行場の高度が高かったか、出発地の気圧より、到着地の気圧が低かったか、あるいはどちらも、の可能性があります。

通常は、元の状態に戻ります。


>飛行機の中の空調ってどうなってるのか

1 万メートル付近の大気の温度は季節や場所により異なりますが、-50~60℃くらいになります。
一方、エンジンの内部で圧縮された空気は高温になります (150℃くらい)。

旅客機の空調は、外気とこの圧縮された高温の空気とを混合させ、20~23℃くらいに調節して、機内に取り入れることで与圧と空調とを兼ねて行っています。 客室内の空気は、3分くらいで換気 (すべて入れ換える) されています。

この回答への補足

そうですか!
とてもわかりやすいです。
でも着陸後の袋はパンパンでもホテルに着くと徐々に元に戻る袋もあれば、パンパンのままの袋ものもありました。例としていた0.3気圧の差というのは登山とかでなくても町中で普通に起こりうる気圧差なんですかね?
機内の温度がそんなに低いのなら、温度が空気の膨張に影響しているということは考えにくいですか?気圧の差はピンと来ませんが、温度が出発地と到着地でどうのというのは肌で感じやすいなと思いまして…。いかがでしょう?

補足日時:2009/08/07 05:13
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Q登山で頂上に着いた時にお菓子の袋がパンパンになる理由。

空気が膨張するんですか?
ちょっとよくわからないのですけど。

高度何千メートルでは地上と違い、空気が薄く気温が低い。気圧が??

すいません、ご教授願います。

Aベストアンサー

空気が薄いためです。
これを「気圧が低い」と言います。

お菓子は普通、地表近くに建っている工場で袋詰めされますので、お菓子の袋の中は地表近くの気圧(これを「1気圧」と呼んでいます)が保持されています。

私たちがスーパーなんかで買う時には(スーパーも地表近くにあることが多いですから)袋の外側も「1気圧」のため、袋の内外で力のバランスがとれていることから特に力が働かず、袋がパンパンになる事はありません。
ちょうど、袋を内側から膨らませようとする力と外側から袋を潰そうとする力が同じな訳です。
でも、標高の高いところへ持っていくと、高い場所は空気が薄いため気圧が低くなります。袋の外側が「1気圧」でなくなる訳ですね。
袋の中の空気は、いままで外側から「1気圧」で押されていた力が減ってしまうため。力のバランスがくずれてしまいます。内側は相変わらず「1気圧」のまんまですから、内側から外へ袋を膨らませようとする力の方が大きくなってしまいます。
だから、お菓子の袋が「パンパン」になってしまうのです。

いかがでしょうか?

Q中三 理科

高い山に登るとお菓子の袋がパンパンに膨らむのは、「高度が高くなると気圧が低くなるので袋の中の空気が膨張するため」と習いました。何故、気圧が低くなると膨張するのですか?

Aベストアンサー

紙のふくらみの大きさは、紙の中の空気が外に広がろうとする力(圧力、気圧)と、袋のまわりの空気が袋を縮めようとする力(気圧)が同じになることによって決まります。

袋のまわりの空気の圧力(気圧)が下がれば、中の空気が外に広がろうとする力(中の気圧)が勝ち、袋は広がります。中の空気が広がれば、中の気圧は下がります。外の気圧と中の気圧が同じになると袋のふくらみは止まります。

空気の体積は、気圧に反比例します。

Q旅客機の機内の気圧低下の理由

旅客機の上昇下降時の気圧の変化で耳が痛くなる人が多いようですが、そもそも、なぜ上空で機内の気圧を下げる必要があるのでしょうか。常に地上と同じ気圧に維持しておけば良いと思うのですが。技術的に難しいのでしょうか。それとも何か目的が有るのでしょうか。

Aベストアンサー

旅客機の与圧による客室内の高度(気圧に換算した際に相当する地上からの高度)
は世界的な基準で8000ft(2400m)を上限とするよう定められ、この基準で設計
されています。言い換えると「乗客が常時耐寒服を着て、酸素マスクをつける必要
があるのでは快適性を損なうので、与圧して機内圧力・温度共上げておかなくては
ならないが、地上と同じ気圧まで加圧する必要は無く、8000ftまでなら客室
の気圧高度は下げても良い」という明確な基準が存在する事になります。

>そもそも、なぜ上空で機内の気圧を下げる必要があるのでしょうか。
これは「下げて良いと決められている」ので、下げた方が機体の構造負荷が減り
結果的に軽くなって経済性が上がるからです。この必要性から下げています。
これを地上と同じ1気圧に保ったままにすると、確かに乗客は快適になります。
しかし、ここで生じるのは現在以上に与圧圧力に耐える機体を作らなくては
ならない、という問題です。蛇足ですが、与圧航空機で最大の構造負荷はこの
与圧圧力によるものであり、旅客機の機種別の最高飛行高度を制限する理由も
また、この与圧圧力による構造負荷によるものです。

例えば747旅客機の例で考えます。
全金属製の場合、多くは外板はアルミ合金2024で、この引っ張り強度は40kg/mm^2
です。与圧は飛行毎に繰り返されますが、この繰り返し応力3~6万サイクルに対し
問題無く強度を持つためには引っ張り応力を13kg/mm^2以下にする必要があります。
ここで、747の最大与圧圧力は8.9psi (0.63kg/cm^2)となっていて、外板厚は0.62in
(1.58mm)です。このとき胴体周方向の引っ張り応力は12.9kg/mm^2となります。
今、これを地上1気圧を保つと差圧(ΔP:delta P、defferential pressure)は
10.9psi(0.77kg/cm^2)となり、計算すると必要な外板厚は1.94mmとなります。
すると外板だけ考えても23%程度厚さを増さなくてはなりません。
そしてこれだけではありません。客室ドア、貨物ドア、窓のように切り欠いた部分の周囲
やドアと窓自体も増えた圧力に耐える構造が要ります。単純に全てが2割増しになると
胴体構造重量がそっくり2割増しとなり、ペイロードがその分減ります。

>技術的に難しいのでしょうか。それとも何か目的が有るのでしょうか。
難しくはありません。相応の与圧圧力に耐える機体に設計すればいいだけです。
しかし、前述の理由で「基準以上のオーバースペック」で作る必然性が無く、
経済負担が増えるのでしない、ということになります。
例えば自動車で「100km/hで激突しても乗員が無事な」設計は普通乗用車では
行われません。レーシングカーのような構造と素材で設計すれば実現可能かも
しれませんし、その方が良いに決まっていますが、それでは誰でもおいそれと
買えない車ばかりが出来上がります。それと同じ理由が働いています。
つまり目的は「採算が合う様に設計基準を満たした範囲で軽く作ること」です。

しかしこの事情は構造素材の革新で変わりつつあります。既出ですが、新しい
複合材で作られた787は基準以下の高度(6000ft)に保てる設計で、強度的に余裕
が出て来たと言えます。これが当たり前のように満たされれば、基準そのもの
が見直される日も来るでしょうから、将来は「昔の旅客機は機内圧力が変わり
耳が痛くなった」というのは単なる語り草になるかもしれません。

旅客機の与圧による客室内の高度(気圧に換算した際に相当する地上からの高度)
は世界的な基準で8000ft(2400m)を上限とするよう定められ、この基準で設計
されています。言い換えると「乗客が常時耐寒服を着て、酸素マスクをつける必要
があるのでは快適性を損なうので、与圧して機内圧力・温度共上げておかなくては
ならないが、地上と同じ気圧まで加圧する必要は無く、8000ftまでなら客室
の気圧高度は下げても良い」という明確な基準が存在する事になります。

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