水鉄砲の飛距離を伸ばすためには？

質問

市販のポンピング加圧式の水鉄砲の飛距離を伸ばしたいと思っています。

飛距離を伸ばす方法は、圧力をあげることが思いつくのですが、市販の水鉄砲では構造上限界があり、圧力をあげることが難しいです。

次に考えれるのは、水が出る穴の径を変えること。
物理については詳しくないのですが、穴の径を小さくした方が飛距離を伸ばせるのでしょうか？
それとも、径を大きくした方が飛距離を伸ばすことができるのでしょうか？
理論的の話でも良いので、ご意見をお聞かせ頂けると助かります。

また「圧力」と「穴の径」、そして飛距離の計算方法などがあれば教えてください。
例えば、0.1mpa、穴の径1mmの場合の飛距離。0.2mpaにした場合。
0.1mpaで穴の径を0.5mmにした場合など、いろいろと数値を変化させて飛距離を求めたいです。

もちろん打ち出す水鉄砲の高さや角度なども影響するので、それらも考慮した計算式があれば知りたいです。

よろしくお願い致します。

回答No.5

antigravity

おしっこがなぜ遠くに飛ぶのか？　考えたことは有りますか？
じつは、人間の尿道は螺旋が切ってあって、尿が出るとき回転しながら出て行くのです。まっすぐな穴から出ると、水は広がってしまい遠くに飛びませんが、回転を加えるとより遠くに飛ぶようになります。

お礼

アドバイスありがとうございます。

回転させて飛ばすと直進力があがるのは、銃の螺旋やラグビーのボールの投げ方を見ると何となくわかる気がします。
ただ水鉄砲の穴に綺麗に螺旋を刻めるかが難易度がかなり高い気がします。

圧力にもよりますが、ホースの内径と穴の径の目安となる最適値があれば良いのですが。
例えば、ホースの内径が3mmだったら、ホースの内径１割の穴系が0.3mmが最適であることが多いとか。

物理の計算式などで、簡単に求められると思っていたのですが、難しいですね。

引き続き何かアドバイスがありましたら、よろしくお願い致します。

回答No.4

kon555

流体系はさほど詳しくないので、あまり知ったような事を言うと怒られそうですが・・・。
水に限らず、非常に微細なレベルで色々な要素が絡むので単純な計算と測定結果がリンクしにくいみたいです。解析ソフトなどでシミュレートするような分野でも、流体解析は特にマシンパワーがいるとかなんとか。

実験を行うつもりとの事なのでアドバイスを。
流体の重要な概念として、層流と乱流があります。層流とは綺麗な流れ、乱流とは乱れた流れです。
参照していたホームページにも軽く触れられているように、乱流はエネルギーのロスですので、飛距離に関わってきます。
穴のサイズと飛距離だけでなく、どんな風に水が出るか？　出た水の様子はどうか？　も重要な要素です。
つまりどんな時に綺麗な流れになり、どんな時には乱れた流れになるのか、にも注目して実験してみてください。

お礼

ご回答ありがとうございます。

ご指摘された通り、水がどのように出るかにも大きく影響されますよね。
綺麗に乱れなくでるのか、乱れて拡散して出るのとでも違いますし。
穴の精度にも気にして、少しずつ穴を大きくして計測してみるつもりです。

アドバイスありがとうございました。

回答No.3

kon555

これは私も実験を推奨すべき流れでしょうか。
ただその前に自力で計算して仮説をたてるのも大事ですよね。

ヒントになりそうなページをば
https://mechanical-engineer48.com/post-269/

お礼

ご回答ありがとうございます。

計算では単純に求められないのですね。
何かの商品開発などではなく、夏に買おうと思っている水鉄砲をもっと飛距離を伸ばすことが出来ないか、と思い質問をさせて頂きました。
市販の水鉄砲に記載されている飛距離は、実際の飛距離とは異なっており飛距離が伸びないので、飛距離を伸ばす方法を探しておりました。

ネットでも調べたのですが、圧力をあげるか、穴の径を大きくするなどの方法があることがわかりました。

下記のサイトも見つけましたが、難解な数式が並んで理解が難しかったです。
http://www2.hamajima.co.jp/~tenjin/labo/water.htm

加える圧力が変わらなければ、穴の径と大きくして行くことが飛距離を伸ばす方法と考えても良いでしょうか？
もちろん穴の径を大きくしすぎると、逆に飛距離が伸びなくなるのも理解しているので、最適な穴の径を実験で検証して行くことになるとは思います。

物理の計算で、圧力と穴の径、流出速度の関係を求められると思って思っていましたが、そこまで単純なことではなさそうですね。

引き続き物理の専門家の立場から、市販の水鉄砲の飛距離を伸ばす方法のアドバイスがありましたら、ご教授頂ければ幸いです。

よろしくお願い致します。

回答No.2

nagata2017

no1さんが　水の粘性を出してきたので
私は空気抵抗を
穴の大きさを小さくすると　空気抵抗のほうが大きくなり飛距離は伸びない。
消防の放水は直径かなり大きい。大きいから遠くまで飛ぶ。
私もno1さんと同じく　計算より実験を推奨。

お礼

ご回答ありがとうございます。

計算では単純に求められないのですね。
何かの商品開発などではなく、夏に買おうと思っている水鉄砲をもっと飛距離を伸ばすことが出来ないか、と思い質問をさせて頂きました。
市販の水鉄砲に記載されている飛距離は、実際の飛距離とは異なっており飛距離が伸びないので、飛距離を伸ばす方法を探しておりました。

ネットでも調べたのですが、圧力をあげるか、穴の径を大きくするなどの方法があることがわかりました。

下記のサイトも見つけましたが、難解な数式が並んで理解が難しかったです。
http://www2.hamajima.co.jp/~tenjin/labo/water.htm

加える圧力が変わらなければ、穴の径と大きくして行くことが飛距離を伸ばす方法と考えても良いでしょうか？
もちろん穴の径を大きくしすぎると、逆に飛距離が伸びなくなるのも理解しているので、最適な穴の径を実験で検証して行くことになるとは思います。

物理の計算で、圧力と穴の径、流出速度の関係を求められると思って思っていましたが、そこまで単純なことではなさそうですね。

引き続き物理の専門家の立場から、市販の水鉄砲の飛距離を伸ばす方法のアドバイスがありましたら、ご教授頂ければ幸いです。

よろしくお願い致します。

回答No.1

tetsumyi

水には粘度がありますから径が小さいと水の速度が出ません。
これを計算で求めることはある程度はできるでしょうが、それでは完全な答にはならず結局実験で最適圧力と径の関係、穴の長さを実験して求め確認することになります。
面白い実験になりそうですから自分で径を少しづつ大きくして最も遠くへ飛ぶ径を探してください。
何をやるにもそうですが人に聞いたりネットで調べて、そのまま信用しても自分の実力にはなりませんよ。
自分でやって納得できるまで徹底的にしてください。
今はデータや手法を手に入れたり資格をとれば仕事ができると思う人が多いですが、問題が発生した場合まったく対応できなくなります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

計算では単純に求められないのですね。
何かの商品開発などではなく、夏に買おうと思っている水鉄砲をもっと飛距離を伸ばすことが出来ないか、と思い質問をさせて頂きました。
市販の水鉄砲に記載されている飛距離は、実際の飛距離とは異なっており飛距離が伸びないので、飛距離を伸ばす方法を探しておりました。

ネットでも調べたのですが、圧力をあげるか、穴の径を大きくするなどの方法があることがわかりました。

下記のサイトも見つけましたが、難解な数式が並んで理解が難しかったです。
http://www2.hamajima.co.jp/~tenjin/labo/water.htm

加える圧力が変わらなければ、穴の径と大きくして行くことが飛距離を伸ばす方法と考えても良いでしょうか？
もちろん穴の径を大きくしすぎると、逆に飛距離が伸びなくなるのも理解しているので、最適な穴の径を実験で検証して行くことになるとは思います。

物理の計算で、圧力と穴の径、流出速度の関係を求められると思って思っていましたが、そこまで単純なことではなさそうですね。

引き続き物理の専門家の立場から、市販の水鉄砲の飛距離を伸ばす方法のアドバイスがありましたら、ご教授頂ければ幸いです。

よろしくお願い致します。