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海話TALES OF SEA

アルミタンクはなぜ浮く?

2019/1/10に10リッターと12リッターのスチールタンクのウエイト量は変わるのか?についてこの文の最後に加筆しました。

2009/2/1にこれを書いた時には、ネット上にも正しい情報が見当たりませんでしたが、今は同じ内容のものがたくさんありますね。俺ってちょっと先見の明あったんじゃない~って自慢しとこっと(^O^)

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(2009/2/1作成)
お客さんからアルミタンクがスチールタンクよりよく浮くのは知っているけど・・・『今更だけど・・・なんで??]』という質問を受けた。

意外に知らない人は知らないこの話、数字抜きの文系編と数字で攻める理系編を書いてみました。今更だけど読んでみない。


アルミタンクはなぜ浮く?(文系編)

重さや容量はメーカーなどにより微妙に違います。
一般的な10リッターのタンクで比較してみましょう〜〜

10リットルのアルミタンクの重さを陸上で量ると17kgくらい。
10リットルのスチールタンクの重さを陸上で量ると16kgくらい。

なんと・・・
陸上ではスチールタンクよりアルミタンクのほうが重量が重いのです。
ところが・・・
水中では、スチールタンクよりアルミタンクのほうが重量が軽くなります。
なぁぁぜぇぇ〜〜???

まず、水中の重さはどうやって決まるかというと・・・
水中の重さ=陸上の重さ−タンクの浮力で決まります。理科ですね。覚えてました?

そうアルミタンクは浮力がスチールタンクよりとても大きいので陸上では重いのに水中では結果的に軽くなってしまいます。

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次の疑問はタンクの浮力って何よ???ですね。
それは、タンクの容積・大きさできまります。大きさが大きいと浮力が大きくよく浮くんですね。

えっ???大きさって両方とも10リットルで同じじゃないの??と思うかもしれませんが・・・違うんだな(^O^)

10リットルとは、内容積、つまり中の空気が入るお部屋の大きさなのです。タンク全体の大きさとは違います。タンク全体の大きさはアルミタンクのほうが大きいのです。もし、どこかで比べることが出来たら並べてみてください、すぐにわかるほどアルミタンクのほうが巨大です。

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ここでまた疑問が浮かびますね??
同じ10リッターなのに何でアルミタンクは巨大やねん???

ジュースの缶を思い出してください、アルミ缶って柔らかいですよね?鉄の材質は重く硬く、アルミの材質は軽く柔らかいのですね。

そのため200気圧に耐えるように作るアルミタンクはスチールタンクより分厚くしないといけないのです。アルミタンクの分厚さはスチールタンクの厚さの約3倍程度あります。

これが大きさの差です。アルミタンクは分厚い分大きくなる。

10リットルのスチールタンクの大きさは、12リットル、浮力も12kg
10リットルのアルミタンクの大きさは、15リットル、浮力も15kg
みたいな感じです。

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水中の重さ=陸上の重さ−タンクの浮力なので

アルミタンクの水中の重さは17−15=2キログラム
スチールタンクの水中の重さは16−12=4キログラム
という感じで水中ではスチールタンクが2kgも重くなります。

実は空気にも重さが有り、上記で2kgのアルミタンクは、残圧50ではマイナス0.5kgと、なんと水に浮くのですよ!!!

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今までのを短くまとめると・・・。

アルミは鉄より軽い金属だ。しかし弱いので分厚く作る。従って陸上では、軽いアルミ素材で作っても結果的にアルミタンクは重くなる。
しかし、分厚い分とても浮力が大きい。そのため浮力がとても大きく。水中では逆に軽くなってしまう。

しかもアルミタンクは、残圧が減ると水に浮く!!!


■アルミタンクはなぜ浮く?(理系編)

10リッターのタンクで比較してみましょう。

まず基礎知識
アルミの比重は2.7、スチールの比重は7.8、海水の比重は1.03

タンクの重量は、実はタンクの上のほうに刻印されてあります。
アルミタンク重量は13.9kg
スチールタンク重量は13.0kg
バルブの重さ0.7kg程度です。

空気重量 0℃で1気圧の時1リットル 1.293g
まあこのまま0℃で、計算すると・・・
10Lのタンクで200気圧だと2000LX1.293g=2.586Kg
と空気の重さ2.6kgが加算されます。

以上3つを足して総重量は
アルミタンク・・・・・・17.2kg
スチールタンク・・・・16.3kg
となります。

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アルミタンクのアルミの体積は
13.9kg÷比重2.7=5.15リットル
スチールタンクのスチールの体積
は13.0kg÷比重7.8=1.67リットル
(驚くなかれ!アルミはスチールの3倍以上の量が使われています)

バルブの体積は0.1リットル
タンク容量は10リットル

従って総体積は、(単位リットルですけどまあいいやね)
アルミタンク体積は15.25リットル
スチールタンク体積は11.77リットル

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アルミタンクの浮力は
15.25リットル×海水の比重1.03=15.71kg
スチールタンクの浮力は
11.77リットル×海水の比重1.03=12.12kg

アルミタンクの水中重量は、
17.2kg−15.71kg=1.49kg
スチールタンクの水中重量は、
16.3kg−12.12kg=4.18kg

差は2.69kgと、かなりあります。

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残圧50気圧まで潜るとしたら150気圧分捨てるわけだから
1500LX1.293g=1.9395Kg
空気だけで2kgくらいは軽くなります。

スチールタンクの場合
4.18kg−1.94kg=2.24kg
と残圧50での水中重量は2kg以上
空気が減っても沈みます。

アルミタンクの場合、
1.49kg−1.94kg=−0.45kg
と残圧50のアルミタンクの水中重量はマイナスになります。
軽いとか浮く感じとかではなくほんとに浮いているのです!!!

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(2019/1/10加筆)
お客さんさんがウエイト量を決める時に『10リッターのスチールですか?12リッターのスチールですか?』と聞く人がいる。その度、『ウエイト量は同じくらいですよ〜』と答える。
12リッターの方が陸上で重いからでウエイト量減らしてるのかな???それは間違いよ。
それについて書いておきます。

うちのタンクは12.3リットルで14.8kg
隣の店のタンクは、10.1リットルで12.9kg

増えた鉄の容量は(14.8−12.9)÷比重7.8=0.224リットル

ということは・・・
12.3−10.1+0.224=2.424リットル分体積は増えます。
2.424リットル×海水の比重1.03=2.5kg分浮力が増えます。

重さは14.8−12.9=1.9kg増えます。

結果〜
2.5−1.9=0.6kg
10リットルタンクよりも12リットルタンクの方が0.6kg浮くためウエイト量は0.6kg多くなります。
10リットルのスチールタンクは製造メーカーにより13kg超えてるものもあるようなのでそうなると差は200~300gだけです。
『10リットルと12リットルタンクでは、12リットルタンクの方が陸上では重いけど、水中では軽いです。ウエイト量は、12リットルの方が重く必要です。しかし差は、大きくない』
ほとんどの人は、同じウエイト量でOKです。ウエイトを軽めにしている人は12リットルタンクの方がウエイト量は増やしてください。

文系的に説明すると
スチールタンクは、8〜14リットルで太さは変わりません。長くなるだけです。
タンクは、底と肩の丸い部分は分厚いですが、胴体部分は薄いです。
そのため、容量が増えると薄い胴体部分だけが増えます。ただ長くなるだけで他は同じなのですね。
なので基本的には、容量が大きくなるにつれ、水中重量は軽くなり、ウエイト量は多く必要だが、差が数百グラムと小さい。

こんな感じですね〜