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zoom RSS 0度Cでの気体分子の速度。大谷投手のストレートよりも速いの?

<<   作成日時 : 2017/03/07 07:44   >>

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★科学★
問題:固体は体積と形がある状態。液体は体積はあるが形はない状態。気体は体積も形も無い状態。昔々、そんなふうに習った記憶があります。
■固体は温度を下げていくと絶対零度まで下がるらしい。このとき、固体を構成している分子や原子、イオンなどはピクリとも動かないのかな。一切の運動が停止しているので温度もないようです。逆に温度を上げていくと、固体→液体→気体と状態は変わっていきます。水でいえば、氷が溶けて水、水が蒸発して水蒸気になる変化ですね。当然ながら、分子や原子やイオンの運度は、氷よりも水のほうが激しいし、水蒸気になるともっとずっと活発になるようです。
■空気は気体です。さまざまな気体分子で構成されています。ご存知のとおり、約8割は窒素。約2割は酸素ですね。これらの気体分子は、液体窒素や液体酸素、あるいは固体窒素や固体酸素に比べて活発に運動しているそうです。では、酸素の気体分子は、どのぐらの速度であなたの周囲を駆け回っているのでしょうか。下の中からいちばん近い数値を選んで下さい。なお、温度は0度Cとします。
[い]秒速約12m(ウサイン・ボルトの瞬間最速)
[ろ]秒速約46m(大谷投手の瞬間最速(初速))
[は]秒速約167m(リニアモーターカーの瞬間最速)
[に]秒速約340m(音速)
[ほ]秒速約3400m(鉄腕アトムの瞬間最速)
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:[に]秒速約340m(音速)
説明:参考資料*1によると、身近にある気体分子の速度は次のようになっているそうです。いずれも273K≒0度Cにおける速さだそうです。
---水素(H2)…1800m/秒(分子量は2.0)
---ヘリウム(He)…1300m/秒(同4.0)
---ネオン(Ne)…580m/秒(同20)
---窒素(N2)…490m/秒(同28)
---酸素(O2)…460m/秒(同32)
---二酸化炭素(CO2)…390m/秒(同44)
■酸素は秒速460mです。選択肢の中でいちばん近いのは[に]音速です。我が航空自衛隊が次期主力戦闘機として導入する予定のF-35は最高速度が1930km/時だそうです。秒速でいえば536m/秒ぐらい。これが酸素の気体分子にいちばん近いですね。
▼F-35
◇*HP「F-35 - Google 検索」(画像)
https://www.google.co.jp/search?q=F-35&hl=ja&rlz=1T4GGHP_jaJP523JP523&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjA1pvR9cLSAhVHgrwKHe-aDl0Q_AUICSgC&biw=1280&bih=626
■上の表を眺めると、軽い気体分子ほど速いようです。水素分子は年柄年中マッハ5ぐらいで運動しているらしい。連中を突き動かしているエネルギーは何かな。
■余談です。ウサイン・ボルト選手が瞬間最高速度を出したのは、世界記録の9.58秒/100mを出したときの60m〜70mの10mらしい。0.81秒で駆け抜けたようです*2。大谷投手は165km/時として計算しています。リニアモーターカーは603km/時です。なんといっても鉄腕アトムは速い。ジェット噴射が動力だそうですが、大気中でマッハ10というのは、他を圧倒しています。
◆参考*1:HP「気体分子の運動エネルギー ■わかりやすい高校物理の部屋■」
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/therm/kitai/bunnsiene.html
◇*2HP「ウサイン・ボルトが100mで世界新を記録したとき、瞬間最高速は時速何kmまで出たの? 町人思案橋・クイズ集/ウェブリブログ」
http://blog.q-q.jp/201605/article_17.html

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