空気圧について

質問

金属でできた箱に圧縮された空気が入っています。
この箱が外力により上下に引っ張られたとき圧縮された空気はどのように働くか知りたいです。圧縮された空気は元に戻ろうと外方向に力が働くため箱が上下に引っ張られて変形するのを促進させるのでしょうか？
圧縮されていない通常の圧力の空気が入っている場合とどちらが箱が変形しにくいですか？

回答No.3

drmuraberg · ベストアンサー

訂正です。
前の議論は圧縮空気が入った状態を起点としています。

容器に圧縮空気が入っていない場合を基準として較べると。
３）では内圧分だけ変形し易くなります。

回答No.2

drmuraberg

金属製の箱の変形がどういうものか考えにくいのです。

次の様に考えることができます。
１）変形により箱（容器）の体積が小さくなる。
２）変形しても箱（容器）の体積は変わらない。
３）変形により箱（容器）の体積が大きくなる。

容器として上蓋と下蓋が円形で側壁の付いたものを考えます。
１）は側壁が外に張り出したビヤ樽の様なものです。
上下の蓋を反対方向に引っ張ると側壁は真っ直ぐに成るまで伸び体積は減少します。
３）は側壁が内側に湾曲した鼓の様なものです。
上下の蓋を反対方向に引っ張ると側壁は真っ直ぐに成るまで伸び体積は増加します。
２）は議論するまで有りませんので省略します。

容器内の圧縮空気は容器の壁に内側から、どの面の部分に対しても均等な力（圧力）を
及ぼします。気体は圧縮されると、圧力が増し側壁はそれに反する力で元の状態を保とうとします。

１）の場合は、容器内の圧縮空気は体積減少に伴い圧力を増し、側壁を押し戻し元の状態に
保とうとします。変形にはより大きな力が必要、つまり容器が変形しない様に働きます。
２）の場合は、容器内の圧縮空気の圧力は減少します。側壁を変形させようとしていた
圧縮空気からの力は減少します。
側壁を真っ直ぐにしようとする力は、上下に引く力と（圧縮空気による力ー圧力減少分）の
寄与の和と考えられます。変形中に体積減少分の空気を追加して圧力を保たない限り、
容器はあたかも変形し難くなった様に見えます。

要するに、圧縮空気が入っていない場合の方が容器は変形し易いということになります。
容器の耐圧限界云々は別としてです。

お礼

とても詳細に回答してくださって大変感謝しています。質問の仮定条件があいまいですみません。
こんな風に場合わけができるなんて、思っても見なかったので…。

回答No.1

tac351115

外力がなくても、圧縮された空気の圧力が箱の耐圧強度より高ければ変形します。
したがって、内部の圧縮空気は変形を促進させます。

お礼

回答を寄せてくださって有難うございます。