No.59
Air Semi-Fluidyne 空気フルイダイン

2015.1.4.掲載

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水から空気に

水スターリングのピストン流体を水でなく空気で代用することも可能です。

空気の密度は水の1000分の1ていどなので、その慣性を利用するにはホース内の体積があるていど必要です。

空気フルイダインは水への重力から解放されるのが有利。

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胡椒缶エアダイン
缶の容積が150mL、ホースは内径8mm長さ約1mで作成すると、
振動数24Hzで振動しました。振動数は加熱部冷却部の温度差の変化にはほとんど依存しません。

ホース中の空気の質量が、管内外の圧力差が変位に比例する復元力を受けるとして、運動方程式から一次近似で解を求めると、振動数は次のようになります。
eq2
  式1 (断熱過程)


 
eq 
 式2 (等温過程)



ここで、γは比熱比、Pは大気圧、ρは空気密度、Lはホース長、Sはホース内断面積、Vは缶内の容積です。
式1は膨張・収縮を断熱過程とした場合であり、通常ヘルムホルツ共鳴は音波の振動なのでこちらです。これで計算すると、31Hzとなります。式2は等温変化と仮定した場合の結果であり、比熱比1.4が入っていないので、26Hzと計算されます。

空気フルイダイン自動車

ベローズの振動を利用して走行する模型自動車を作製しました。Movie (You-Tube動画)

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