飛行船と気球の物理学

飛行船と気球は、どちらも空気より軽い力を利用して空を飛びます。

飛行機のように翼で揚力を作るのではなく、

「浮力」で空に浮かんでいます。

この浮力は、

古代ギリシャの科学者、
アルキメデス
が発見した原理です。

物体は、

押しのけた流体の重さと同じだけ、

上向きの力を受けます。

空気も流体なので、

空気中でも浮力が働いています。

つまり、

周囲の空気より軽ければ、

自然に浮き上がるのです。

気球は熱で軽くする

気球は、

中の空気をバーナーで温めます。

温度が上がると、

空気は膨張します。

同じ体積の中にある空気の量が減るため、

密度が小さくなります。

すると、

周囲の冷たい空気より軽くなり、

浮力が勝って上昇します。

逆に、

バーナーを弱めると空気が冷え、

密度が増えて下降します。

つまり、

温度を利用して浮力を調整している乗り物なのです。

飛行船は軽い気体を使う

飛行船は、

内部に非常に軽い気体を入れています。

現在使われるのは主に

ヘリウム

です。

昔は

水素

も使われました。

水素はさらに軽く、

大きな浮力を得られます。

しかし非常に燃えやすいため、

現在では安全性の高いヘリウムが主流です。

飛行船は操縦できる

気球は基本的に風に流されます。

一方、

飛行船には

プロペラとエンジンがあります。

前後左右へ進むことができ、

舵によって方向も変えられます。

つまり、

飛行船は

「浮く船」

なのです。

浮力はどれくらいあるのか

浮力は

押しのけた空気の重さで決まります。

たとえば、

1000立方メートルの空気を押しのければ、

約1.2トン近い空気の重さになります。

そこから

気球や飛行船自身の重さ、

内部の空気やヘリウムの重さを引いた残りが、

人や荷物を運べる力になります。

そのため、

大きな飛行船ほど

重い荷物を運ぶことができます。

なぜ巨大なのか

飛行船は非常に大きく見えます。

これは、

浮力が体積に比例するからです。

より多くの空気を押しのけるほど、

より大きな浮力が得られます。

そのため、

大きな荷物を運ぶには、

巨大な船体が必要になります。

飛行機との違い

飛行機は、

前へ進むことで翼に揚力を発生させます。

止まれば、

揚力は失われます。

しかし、

飛行船や気球は、

止まっていても浮力があるため、

空中にとどまることができます。

これが最大の違いです。

まとめ

飛行船と気球は、

どちらも空気より軽いことを利用して飛びます。

気球は熱で空気を軽くし、

飛行船はヘリウムなどの軽い気体を使います。

そして、

両者を支えているのは、

約2200年前にアルキメデスが見つけた浮力の原理です。

私たちが空を見上げるとき、

ゆっくりと進む飛行船や、

静かに昇る気球の姿には、

シンプルで美しい物理法則が働いているのです。