新たな動力を求めて
これまで作ってきた船は動力が水やゴムだったので、タンクから水がなくなれば止まるし、ゴムの引張りがなくなれば動かなくなりました。
ゴムの船は満足のいくものが作れたので、次は新たな動力を探して作ろうと思います。
ある程度一定の期間、外力を加えずとも自走してくれる動力を探していたところ、見つけました。
それは・・「ポンポン船」です。
正直、私が子供の頃にこの船で遊んだことはなかったですが、古くからブリキのおもちゃとして遊ばれていたようです。火を使うため、小さいお子さんには少し注意が必要になります。
ポンポン船の動力は、熱エネルギーを運動エネルギーに変えて動く蒸気船です。
これだけではよく分からないので、動く仕組みを整理してみました。
ポンポン船のしくみ
ポンポン船は、水蒸気の体積の増減と圧力による吸い込みによって生じる往復運動によって動きます。この運動は、自励振動（じれいしんどう）と呼ばれています。
下の簡略した図に沿って説明すると、
①パイプ内の水が加熱されて水蒸気となると、体積は液体の約1,700倍に膨張します。
②体積が膨脹すると、パイプ内に残っている水が勢いよく外へ押し出されます。この押し出される力が船の動力となります。
③蒸気が押し出されると同時に、パイプの先では、冷やされた水蒸気が液化して体積が縮小することでパイプ内の圧力が低下します。
この低下した圧力によって、再びパイプ内に外の水が吸い上げられて①の状態に戻って、熱源の温度が下がるまで、①～③の運動を繰り返します。
ポンポン船とは、実際の船で焼玉エンジンを動力にしたものであって、排気音がポンポンと聞こえるため、その擬音を取ってポンポン船の愛称で呼ばれており、現在では、ほとんど見ることができなくなっているようです。
おもちゃのポンポン船は、ブリキ製でできており、タンクがろうそくの火で加熱されると圧力の変化によって膨らんだりへこんだりする時に音が鳴ります。その音がポンポン船の音に似ていたためポンポン船と呼ばれるようになったようです。
船を作る
船はロウソクを乗せることができて水に浮く台とパイプを固定することができるものがあればどんな形でもよいかと思います。
今回は、ちょうどよい発泡スチロールがあったので、中をカッターでくり抜いて、先端をカットして船の形状に整えました。
次に、ろうそくを置くための台を作ります。火を使うので、発泡スチロールに近づけ過ぎると燃えてしまうので、薄い木の板で設置する台を安定させます。
発砲スチロールが反発性があるので、木を少し大きめにカットしてはめ込めば、特に接着しなくて固定されます。
最後に、アルミパイプで作ったコイルを嵌めて完成です。アルミパイプはホームセンターで購入して円柱の棒に巻き付けて形作りました。
お風呂で実験
早速、お風呂で試運転です。
結果は・・・
脱出失敗 です。
火をつけてしばらくすると一瞬勢いよく蒸気が出てくる時があるのですが、それ以外は動いていないか、ほんの少しだけしか動きませんでした。
原因の考察と改善 その１
おそらく、火力が足りないので、水が蒸気になるまでに時間がかかってしまうことと、アルミパイプに加熱できていない範囲が広かったので、すぐに液化してしまったのが原因ではないかと考えました。
そこで、火力を増やすためにろうそくを1つ追加して、2ヶ所から加熱するように変更しました。
結果は・・・
また、脱出失敗 です。
1回目よりは、動くようになりましたが、まだ止まっている時間の方が圧倒的に多いままでした。
原因の考察と改善 その２
火力をさらに増やしたらスムーズに動くようになるとは思うのですが、そんな力技ではなく、他に原因があるのではないかと思って考えた結果・・・
パイプのコイル部分が広がり過ぎていて熱をうまく伝えきれていないことが原因ではないかと考えました。ろうそくを2個にしてもコイルが広がり過ぎているので、火があたらない部分が多くなっていました。
そこで、コイルの巻きをもっと密にして少し短くしました。原理からすると船がゆっくりでも動き続けることにコイル内の水の量はほとんど関係ないはずです。これくらいでも気化されれば水は吹き出されるので、船は動くはず・・・。
結果は・・・
ついに 脱出成功 です。
今までで一番スムーズに動きました。
終わりに・・
やはり、コイルに熱がうまく伝わっておらず、加熱が足りなかったので、蒸気にならなかったのが原因だったようです。
よく仕組みを考えるとすぐに分かりそうな原因だったのですが、最初の頃はあまり仕組みを知らずになんとなくで作っていたので、その原因に気付かなかったみたです・・・。
とてもスムーズに動いて、成功したのは嬉しかったのですが、やはりポンポン船と呼ばれているくらいなので、音が鳴らないのは、正直、ちょっと物足りなさを感じてしまいました・・
次への課題になりそうです・・
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