浮き輪の反力は？

質問

浮き輪がどれぐらいの力に耐えられるかを考えていますが分かりません。
輪に対して上下あるいは左右から力を加えた時、どれくらいまで耐えられるでしょう？ただし、浮き輪は空気を抜くとヘナヘナになるものとします。また、力を加えても破裂しないものとします。
考え方すら分かりません！教えて下さい。

回答No.2

phyonco · ベストアンサー

その答えは浮き輪自身が何で出来ているかと、浮き輪の中身の空気の性質の両方で決まっています。まず空気ですが、これは乗り物のエアクッションのように、空気自体に反発力、つまり、圧縮しようとするとそれに反発する力が発生します。空気を体積Vのシリンダーに詰め込むと、中の空気はシリンダーの面積当たり P = k T / V という力で押し返します。 kは空気の量に比例する定数、Tは温度です。これを空気の圧力と言うのですが、普通の状態でシリンダーに空気が入った状態では、シリンダーを押す１気圧と、中の空気が押し返すPとが丁度釣り合っています。そこで浮き輪ですが、中の空気を「締め付け」ていなければ、これは１気圧で釣り合っているわけですが、普通浮き輪はゴムのようなもので出来ており、その中に空気を詰め込んで中の空気を「締め付け」た状態になっています。だから中の空気の圧力Pは１気圧よりもちょっと大きい、多分1.1気圧くらいになっています。この浮き輪に外から力を加えると、「締め付け」の力が大きくなったのと同じことなので、Pはその分大きくなるでしょう。このとき、「締め付け」の力がどのくらい大きくなるかが、この浮き輪が何で出来ているかによります。浮き輪の素材には、その面積Sに比例した、縮もうとする力が働きます。この力とPが釣り合ったところで浮き輪の形が決まり、Vが決まります。伸び易い素材ならば、空気はあまり圧力を上げずに、素材が大きく伸びるでしょう。どこまで伸びることができるかは、素材によります。一般的に言って厚手の素材の方が大きく伸ばすことが出来ますが、いずれにしても、どんな素材を使うかを決めないと何とも言えません。今度は逆に、伸び難い素材の場合には、空気が縮むことによって外力と釣り合おうとします。空気を圧縮すると熱が発生します。この場合どこまで耐えられるかは、素材の熱に対する耐性で決まってくるでしょう。

回答No.1

yasu2209

＞どれくらいまで耐えられるでしょう＜
＞力を加えても破裂しないものとします＜

上記の二つの関係がよくわからず、質問の意図がつかみにくいのですが
反力という意味では

浮き輪を押す物体と浮き輪との接触面積×内部の空気圧力＝物体の押す力

と考えるのが合理的ではないでしょうか。

質問内容と違っていたら補足お願いします。

補足

ありがとうございます。考え方が分かりました。
当初の質問にありませんが、押す力が大きくなると輪が変形します。
押す力と変形はどの様に考えるのでしょうか？