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みりさい!

理系のミリオタが送るミリタリーサイエンス

水素爆発 -問題-

前回、水素爆発において必要な水素と酸素を水酸化ナトリウム水溶液の電気分解で得ることを決めた。

 

そして、その水酸化ナトリウム水溶液は炭酸ナトリウムと水酸化カルシウム(と水)から得る。

 

さぁ、ここで問題。

 

1kgの炭酸ナトリウムと1kgの水酸化カルシウムを購入し、全て1Lの水に溶かした。完全に溶解・電離・反応が進行するものとして生成される水酸化ナトリウム水溶液の理論上の質量パーセント濃度を求めよ。

 

答えは1週間後くらい?

水素爆発 -水酸化ナトリウム製造-

久々の更新です!

 

今回は水素爆発について。

 

爆発って迫力ありますよね…

 

でも火薬を使うとなると所持をすることでさえも法律に気を付ける必要がある…管理も難しい…

 

ここで水素爆発。使うのは水素と酸素。これらを2対1のモル比で混ぜて発火するだけだ。発生するのは水だけ。

 

でも、水素と酸素ってどうやって集めるの??

 

答えは「水の電気分解」だ。

 

もちろん、純水は電気を通さない。

 

そこで水酸化ナトリウム水溶液、ないしは希硫酸を使ってやる必要がある。

 

今回は硫酸より汎用性の高い水酸化ナトリウムを使うことにしよう。

 

でも、水酸化ナトリウムなんて簡単に手に入らないよ!っていう方もいらっしゃるだろう。

 

実際そうだ。昔は薬局等で硫酸も水酸化ナトリウムも売っていたものだが、それらを使った事件事故が増えているせいでなかなか売ってくれなくなったのだ。実際、近所のドラッグストアに聞いても取り扱っていなかった。

 

だが、心配無用。wikiを見てほしい。

水酸化ナトリウム - Wikipedia

wikiに製法が書いてあるではないか。

 

製法は大きく分けて二種類

陽イオン交換膜法

・複分解反応

 

残念ながら、前者の方法で必要となる陽イオン交換膜は一般人はなかなか入手できないのだ。業者・学者向けらしい。

 

複分解反応しか選択道はない。具体的には炭酸ナトリウムと水酸化カルシウムを使う。幸いこれらはどちらも売ってくれるようだ。

 

次回、実際に作っていこうと思う。

 

水酸化ナトリウムは資格等なく所持することができるが、劇薬であり目に入ると失明するほどのものである。製造・所持には細心の注意を払ってほしい。

レールガンの恐るべき初速②

・初速と射程の関係

質量mで空気抵抗を無視できる物体を初速v、仰角45度で発射したときの着地点までの水平到達距離を射程距離Lと定めよう。(図1)

f:id:gati7:20170316232729j:plain

では、射程距離と初速の関係を見ていこう。

 

まず、発射してから着地するまでにかかる時間をTとすると

f:id:gati7:20170316233110j:plain

(字が汚くてごめん(/ω\))

L=(vの二乗)/g

となり、初速が2倍になれば射程距離Lは4倍にもなることがわかる。

このとき、もちろん運動エネルギーEも4倍だ。(E=1/2 mv^2)

 

ここで話が終わると簡単だが、この地球上で初速が数km/sで運動する物体について考えるとなると話は別になる。

 

図1ではあくまで「水平」の時の話なのだ。しかし事実として地球は丸い。

 

ここで「一宇宙速度」という言葉をあなたは聞いたことがあるだろうか。

宇宙速度 - Wikipedia

 

地面すれすれを弾丸がこの速度で飛ぶとき重力に負けることなく地球を一周することができるのだ。

 

一宇宙速度とはおよそ7.9km/s (時速28400km)

 

この数字を超えたとき理論上地球上どこでも狙えることになる。

 

もちろん空気抵抗があるため弾丸は初速を維持して飛ぶことができない。しかし第一宇宙速度を超える弾丸を飛ばすことができる兵器の恐ろしさは感じていただけたと思う。

 

現在、米軍が開発しているレールガンの初速は2.4km/sで射程は300kmを超えると言われている。

 

まだ初速が第一宇宙速度に届くにはどれだけの時間がかかるかわからないが初速に限界の見えないレールガンを開発する意味は十分にあると思われる。

レールガンの恐るべき初速①

記念すべき一つ目の記事。

それはレールガン!!

レールガンと言えばあのビリビリ中学生!

ですが今回は現実世界で兵器としてレールガンがどのような価値を持つのか見ていきたいと思います。

 

・レールガンとは

一般名称は超電磁砲…ではなく電磁投射砲。他の兵器と違って電気を使って弾丸を加速します。正確にはローレンツ力(磁界と電流の干渉により生じる力)により加速。簡単には二本の導体レール、大容量コンデンサ、弾丸(飛翔体)、電源くらいしか必要ありません。

レールガン - Wikipedia

 

どうやら米軍がすでに研究を始めていて、日本も後を追っているようです。

matome.naver.jp

ではなぜレールガンが兵器として注目されているのでしょうか。

その理由の一つとして従来を超越した初速度が得られるという点にあると思います。

(コストパフォーマンスについても述べたいのですが上の記事を見ていただければと思います。)

 

・レールガンの恐るべき加速能力

これが今回注目したい点です。従来の兵器は爆薬の燃焼による空気の膨張に伴って弾丸が加速されるため得られる初速に限界があります(せいぜい2km/s)。それに対してレールガンは電気の流れる速度(300000km/s)まで理論上加速できるのです。

 

今後どこまで伸びるかはわかりませんが7km/sくらいまではすでにクリアしているらしいですね。

 

では、初速があればどういういい事があるのでしょうか。威力?射程?それはどれくらい?ちょっとだけ物理学の範囲に踏み込んでいきます。

(次の記事に続きます。)

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写真は自作レールガン 

はじめに。

 皆さん初めまして。ミリタリーが好きな工学部生の「がち」と申します。ミリタリーが好きといっても史実はあまり知らなくて、科学的側面にフォーカスを当てていました。

 さてこのブログですが、科学ないしミリタリーについての知識・理解を広めたいという思いで作成していきます。内容はかなり理系チックでレベルは理系の高校生が理解できるくらいにします。

かなり人を選ぶブログになると思いますがよろしくお願いします。

 

 

 

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