概要欄の引用論文と、他の関連する別の論文を参照してみましたが、「従来説は間違い」という断言に引っ掛かりを覚えたため、長文にてコメントさせていただきます。３年以上前の動画に対して大変失礼致します。 結論を書くと、ラジオメーターは温度差によって生まれる気体分子と板の衝突の差で回っていると考えられます。つまり、間違いと言われている説は間違っていません。 一方で、気体分子と板の衝突の差は計算すると相殺されるので従来説は誤りという主張は、ある程度の条件付きでしか正しくありません。つまり、従来説に対する否定材料というのは、論理構造的には全面否定ではまったくありません。また、あとのほうで述べますが、流れの反作用で回るという説明は、分子衝突差の説明と全く矛盾しません。 もちろん、でんじろう先生はご理解の上で説明されていて、疑問があれば元の論文を参照すれば良いというだけかもしれませんが、私は以前この動画を拝見した際にはモヤっとしたままでした。私と同じようにこの動画の説明にモヤっとした方には、このコメントの最後まで一読頂けると、動画への理解を深めて頂けるかもしれません。 回ったり回らなかったりする要因を理解するポイントは「物体の大きさに対して気体分子が多いか少ないか」です。これを表す大学講義レベルの学術用語も定義されていて、クヌーセン数とかいう名前で呼ばれています。動画にある圧力が低いほど回るというのとほとんど同じ視点です。 ①気体分子が死ぬほど少ない場合、板にぶつかる分子が全く居ないか、居ても回転軸の摩擦に負けるので全く回りません。 ②気体分子がめちゃくちゃいい感じに少ない場合、動画の説明の通り、温度差による分子の衝突の差によって板が分子から作用を受け、ラジオメーターが回ります。なぜ空気の膨張と相殺されないかというと、気体分子がめちゃくちゃいい感じに少ない場合、空気があまり膨張しないからです。もう少し詳しく書くと、空気が膨張するには分子同士がぶつかり合って遠ざけあうことが必要なのに、分子同士がほとんどぶつからずにすれ違ってしまう場合、温度差に対するの膨張差の効果は小さくなります。 ③空気が多い場合, 動画の説明にあった、「気体分子の衝突否定説」の通りで、温度差による分子と板の衝突の差は、温度による膨張の効果と相殺されます。これは、気体分子が多ければ多いほど、板のまわりの分子たちが頻繁にぶつかり合うので、温度の高い壁とぶつかった分子が速くなり、その分子と別の分子がぶつかり…ということが起きやすく、分子同士がぶつかり合い遠ざけあうことによって空気が膨張するからです。 以上のように、気体分子と板の衝突によって、ラジオメーターが回ったり回らなかったりします。ただし、実際のラジオメーターで使われる圧力の領域は、②と③の中間の分子の多さなのではないかと思います。 ここで、「②より③に近いんだったら結局力が弱くて分子の衝突だけでは回らないんじゃないか」という反論がありえます。しかし、2015年の研究論文(S. Taguchi, K. Aoki, Phys. Rev. E., 2015)にちょうどこの話に対応する計算結果(Fig14)があり、分子数がある程度多くて羽根上の大部分で温度の作用が相殺される場合でも、羽根の尖端付近の「物体の大きさに対する温度差が大きい」部分では温度の作用があまり相殺されずに力が生じるそうです。 以上が、気体分子のふるまいに基づくラジオメーターの原理説明だと理解しています。 「それじゃあ、英語版Wikipediaの流れの反作用で回る説明は間違いなのか」と思われるかもしれません。この疑問もおおいに分かりますが、この説明も間違っていません。なぜなら、空気の流れを生じさせる作用に対する反作用の力、というのは、気体分子と板がぶつかることによる力をたくさん足し合わせたモノと全く同じだからです。人間が自転車を手で押している力は、掌の表面の分子がハンドルのゴムの表面の分子を押している力をたくさん足し合わせたモノと全く同じなのと同じことです。 もう少し具体的に、流れの説明と分子衝突の説明の何が同じなのかを書きます。動画で仰っていた「温度差が生じることによって回る、というところまでは同じ」というのは、もう少し踏み込んだ言い方をすると「気体分子が板の表面を押す力をすべて足し合わせたモノが、温度が高い黒い面の方が大きいことによって回る、というところまでは同じ」となります。つまり、温度が気体に何かして、気体とラジオメーター間の作用・反作用で回るというのは同じで、温度にともなう気体分子の動きを衝突という狭い範囲のふるまいで切り取るか、流れや膨張という全体的なふるまいで切り取るかという、物差しの違いだけが相違点だと理解できます。 したがって、ラジオメーターが温度差によって気体の流れをつくる反作用で回るという文章は何も間違っていませんし、気体分子の衝突の差によって回るという文章とは、矛盾するどころか、綺麗に原理説明を補いあう文章であるとすら言えます。 以上、読んでいただいてありがとうございました。 参考文献：S. Taguchi, K. Aoki, “Motion of an array of plates in a rarefied gas caused by radiometric force”, PHISICAL REVIEW E, 91-6, 2015.
![The vacuum keeps spinning top turning forever! / Denjiro Yonemura [Official] / science experiments](http://i.ytimg.com/vi/F2rHGz2Abmw/mqdefault.jpg)
![The vacuum keeps spinning top turning forever! / Denjiro Yonemura [Official] / science experiments](/img/tr.png)
![The Secret of the Black Flame / Denjiro Yonemura [Official] /science experiments](http://i.ytimg.com/vi/XflFuYPqtmc/mqdefault.jpg)
![We verified why ammonium nitrate explodes /Denjiro Yonemura [Official] / science experiments](/img/1.gif)
ご指名ありがとうございます！笑
作りたい動画との兼ね合いもあり、すぐにとはいきませんが、そのうち解説させて頂きます！
また名前を出して頂きありがとうございますー
ぜひお願いいたします！！
日本では今日の今日までずっと違う説明がなされていました、、！！！
正しい事をたくさんの方にぜひ伝えていただきたいです！！
楽しみにしています！
本物やん！
るーいーさん大大大ファンです。
楽しみにしてます
楽しみー！
え？！本物？
３０年前に、中学の理科の先生に空気が温まって、風がおきるって教えてもらった。それって合ってたんですね。でも、長時間回してると理科室の備品が壊れるといけないから、ってしまわれました。自然科学部でした、懐かしいです。
流体の動き方が，粘性流から分子流に切り替わるポイントに影響があるのかもしれない
うちに有るけど、買った時の説明書に間違った解釈の原理が記載されてました。
米村先生ないす！
今後修正されていくといいですねー！
物理は中学の知識までしかないけど、
安直に考えると、パスカルが大きければ回らないって言うのは空気抵抗が大きくなるからだと思う…
そうだそうだ
僅かなガスが有ると黒い面で加熱されたガスは膨張し黒くない面で冷やされる
黒い面から黒くない面にガスが流れるのでその反力で回転する
１，そうであれば周り360度方向から光・熱線が来ても回る
しかし冷えたガスが何処に行くかを考えると羽の周りを通ってまた黒い面にゆく
２，もしこの流れを遮るように羽がガラスの内面すれすれを回る羽に作れば羽は回るだろうか
そのようには作ることが出来ないので黒い羽と黒くない方を周りに漏れないように
３，曲がったパイプ状の覆いで囲ってやればガスが通り超えて黒井側に行けないので
回り続けることは出来ないと思う
でんじろう先生できればこの検証をして頂けませんでしょうか？
家にもあります。
約、一年前に新築で建てましたが、新しいタイプの窓ガラスだと、どんなに天気が良く陽射しが入っても回りません。如何に光の熱エネルギーを反射してるか実感しました。
因みに、窓ガラスを開けると回ります!
借りてきた真空ポンプ使い倒すシリーズ好きｗ
使い倒す、、、！その意図はないのですが、、かなり酷使しています！
借り物なのに、使い倒すのか・・・・ｗ
Ykikaze 使い倒し方わかりませんが、、、。いろいろな実験に活用させていただいてます！！
装置が有ると無いでは、発想もかわってきますね！
わかりますｗここぞとばかりにですよね
耐久性テスト要員
お客様は走る実験室です って
永久期間ぽく見えると云うことでなら、
『水飲み鳥』とか『平和鳥』と呼ばれるアイテムは知っていましたが、
ラジオメータはこの記事で初めて知りました。元々は理系だったのに･･･
とは言っても、50年も前の高校には、1/10000や1/100000気圧まで吸える真空ポンプなんか滅多に置いてなかったから仕方ないですね。
ありがとうございます。
3:50ヌカコーラクアンタム
デンジロー先生自分が子供の頃から30年近く見てますが、いつまでも謙虚だ。その科学、自然に対しての謙虚さが発見への姿勢だと思います。そこなんですよね、結局は。
自分は理科の先生から低温部から高温部への空気の移動で説明されてた
英ウィキだと、温度の高い面での分子の反射も完全な間違いではないとも書いてありますね。
確かに膨脹による密度によって阻害する動きもあるが、アインシュタインによると板の端では完全な相殺とならず僅かに力が発生するようです。
ただし、発生する力の量に対してラジオメーターの回転が速すぎるので、それ以外の主となる要因があるとされてますね。
なるほどー！ありがとうございます！！
単純なのに奥が深い！！！！！！！
光子が当たる圧力かと思った
最初はその実験をしていたのがきっかけみたいです！！
５０年以上前に高校で、この装置の名前を「ニコルス輻射計」と教わり、その時に回転する原理として光量子を吸収する面と反射する面での受圧の違いと習ったので完全な真空中では回らなかったという実験には驚き！
回転方向を見ると黒い温度の高い面から噴射されているようにみえる。
14:55 青いほうが温度の低い面、赤いほうが温度の高い面。
15:21 説明は低温部から高温部への空気の流れができる。？
それはないだろ高温部の空気・ガスが熱蒸散によって高温側から低温側に流れるはずだから
回りにくいガラス側を通るより対面の低温側に流れることによってロケットのように噴射していると見るほうが正しいと思う。
15:41 シュミレーションの絵では、上のK°の温度説明で見て、赤い温度の高いほうが黒板の絵と逆になってるのが不思議、
黒い線は力の向きを示すとすると、裏のガラス側を通るのは3本、対抗面から向かってくるのは5本ある、こちらのほうが強いはずで、赤い方に力が加わり押されて青い方に回るのが正しい。
15:56の黒板の絵だと赤い矢印の方向に回るのは判るけど、
温度の高い方から空気・ガスが熱蒸散して低い方に流れる力で羽は回るのが正しいのに、
空気は低い方からガラス側を通って高い方に流れるような絵に成ってる。
ありえないよね、これって可笑しいよね。
本当は分かってないんでしょ
常圧で回らないのは平均自由行程が短いからでしょう。低温の表面付近に空気が滞留するから低温から高温に空気の流れができるのも当然です。高温面付近では分子運動の分布の平衡が崩れている。高温面での反動が大きいから回ると言う説明は間違いではない。
一気圧だと空気分子が動きの抵抗になって動けない。抵抗になっている空気分子を除去しつつ、推進力となる空気分子を確保するバランスが重要なのではないかと思います‼️
空気分子を除去し過ぎると抵抗力はなくなるけどプロペラを回転させるエネルギーが足りなくなりプロペラ自体の摩擦の方が大きくなるので回らなくなると思います。
それじゃ、完全に真空にしちゃうと回らんのですね
そうなんです！！！！！そこまでの真空ポンプで実験してみたいです！
@@2sochan うちの職場にある質量分析計だと、ターボ分子ポンプで半日くらい引くと10＾-8 Paになってる。引きっぱなしにすればできるのかもしれません。
kimiwad おー！いいですねー！最近ターボ分子ポンプを入手しようといろいろ策を考えています！
@@2sochan さん
そのレベルに成ると、大気圧に戻す時に注意が必要になりますね
真空引きで密度が下がる→空気の抵抗＆吸熱量が下がる→高温側の熱量でも十分な気圧差が作れるようになる→低温側から流れ込む→回る
という理解でいいのかな
小さい頃、旅行のお土産としてこれの風鈴みたいなタイプ貰ったなー
窓際にぶら下げて天気が良い日は勢いよく回るから眺めてたよ
毎回楽しみにしてます♪
ありがとうございます！！新発見でした！
黒い面を横から見て、上昇気流ができる絵を書くと理解し易いように思いました。
大気圧が高いと、空気の分子の数が多過ぎて（エネルギーが分散されて）気流に速度が出ないのと、空気の流れに方向が出来にくいんでしょうね。
回る速度は空気分子のvの二乗に比例じゃなく、vにリニアに比例するって事かな。
もう30年以上前になりますが、中学生になり理科室なる不思議空間にwktkしながら勉学に勤しんでいた時の話になります。分野別になり理科の先生からも多くを教わることになりましたが、その中でも本動画のラジオメータの話は忘れられません。「～という風に言われてるし、販売会社もそう謳っているけど違う。販売会社も学校側も納得づくで購入している。」と。見ていて楽しいだろ？その気持ちは正しいから、そう言うもんだと思って勉強しろ、と笑っていました。老先生で、すでに亡くなられていますが、このようにまだ私の心では生きています。
深いお言葉ですね！ありがとうございます。
回転に空気が必要ででも空気抵抗が邪魔なら、光源をもっと強烈にしたら回ったりするんですかね。例えばアーク灯とか。あるいは煤と反射材+羽の基盤を断熱材で作って温度差が大きくなるようにするとか。
あとウィキペディアの日本語版にも英語版にも書いてある、冷却すると逆転するというのが本当なのかやってみて欲しいです。英語版は要出典だし。。。
なるほどー、真空ポンプがあるので試せそうですね、、あとは真空度を正確に測れるアイテムがほしいです。
N T 冷却スプレーをすると逆回転してましたよー！
@@2sochan そうなんですね。どういう原理なんでしょう？
熱機関として考えた場合、光を当てて回転させるときは黒い面が熱源側で反射面が低温側とすると、ガラス容器を冷却すると黒い面が低温側になるってことですよね？白い面の方が宇宙用のラジエーターのように放熱して低温側になりそうなものですが。
N T 不思議ですよねー！！
黒面は熱っせやすく、そして、冷めやすい！
ということなんです。
私の部屋の窓際の棚の上に置いてあります。天気の良い日には、よく回っています。原理を考えたことなかったけど、目からウロコですね。
おー、インテリアにしているなんて、素晴らしい！！！iPhoneのライトでも動きますよー！
大気圧中で回らないのってたぶん
真空に近い状態なら、空気の抵抗もほぼ無くて、さらにわずかな空気の流れでも動きやすいからなのかな
僅かに残った空気の流れと、動いた時の空気の抵抗がほとんどない事が、回りだす条件なのかな
温度差で空気の流れができる、、、空気が全くないと、、、、、うーん、、、不思議です
空気がある状態であの速度で回ったら 瓶の中で小さな台風が生まれそう
やっぱ 暖かい空気の移動を温まってない空気が阻害するのが原因ぽいですよね。
Rテイル 小さな台風！！それもいいですねー！単純なのにとてもふしぎでおもしろいです！
あれ？小学校の授業では分子運動じゃなくて温度差による空気の流れで動くって習ったよ？
もう50年も前だけど⋯それであってたんだね。
通常大気中では空気の粘性で運動が阻害されるのでは？
空気を吸いだすことで希薄になった空気の粘性が気流による回転モーメントより小さくなって回りだすんだと思います
また、空気を吸いだしすぎて動かなくなるのは温度差でできる気流よりも摩擦抵抗の方が大きくなるからではないかと思います
たしかに、摩擦抵抗も影響力大きくなっているかもしれません、、
真空に近いほど回るって言うのは空気の重さ（空気抵抗）じゃないかな。
温度差が微弱なので空気の流れも微弱。温度差による空気の流れは真空に近いほど小さくなる。
回るには空気抵抗が発生するから、その空気抵抗の大きさは真空に近いほど小さくなる。
回す力の空気の流れ力は真空になる程、小さく成るけれど真空に近くならないと空気抵抗が大き過ぎて回らない。
空気の流れ力＞空気抵抗となるのが ほぼ真空の時って事だと思う。
黒い面とシルバーの面を反対にすると逆回りするのですか？
レーザーのような直線的な光を黒面or銀面から当てると挙動はどう変化するのか？
また、空気の流れが原因ならばガスなどで流れを少しでも可視化できれば説得力ありますね。ただし真空に近いほど薄い状態でも可視化できるようなガスが前提となりますが、できれば物理シミュレーションではなく何らかの方法でその効果を実際に視覚で感じられることがサイエンス動画の真価だと思います。
レーザーやってみたいですね！
流れを視覚化したいですね、、、どうやるかですが、、、
低温部に比べて高温部が低い気圧になるんですね
うーん、、、わからないです、、、同じ圧力の時に低温部から高温部への流れができるみたいなのです、、、。言われるように圧力差がうまれての流れというのもあるかもですね！、、うーん、、
高温部の空気が上昇して周りから回り込む時、側面からだけ回転に影響を及ぼすからだと思う。
銀面から黒面へ空気が回り込むかな？
銀面は常温なんだから常温の周囲の空気と同じでしょ
黒面で上昇気流が起きて単純に周りから空気が流れ込んで追い風になってるだけかと
気圧が低くないとダメなのは、黒面に触れている空気の絶対量、分子量が少なくないと十分膨張させられないんじゃないかな
Wiki見ると、
気圧差 vs 絶対温度差の平方根
のどちらが大きかで空気の流れが変わるとのことで、このCrookes Radiometerでは気圧差なし(比は1)でスタートするから、空気が低温側から高温側に移動するということでしょうか？
このときの「温度差」というのは、空気の温度なのか、板表面の温度なのか、、多分後者？
回るかどうかは、渦流の作用と、軸の摩擦と、板の空気抵抗のように思います。
検証方法としては、より渦流の作用>空気抵抗となるよう板を細くするとか、他の方が提案しているように軸を磁力で浮かせる、とかでしょうか。
高校で理系選ぶんだった。。
気体の比熱でも動きやすさ変わるのかな。。。
ありがとうございます！単純なものこそ奥が深い！という感じですよね。もう少し検討してみます！
なるほど なるほど…
真空すぎると動かなくなるのは温度だけで動いていないという
証明になるんでしょうね。
そして通常気圧の場合、気圧で分子運動が抑えられてしまうけど
ある程度の低気圧になった場合、温度が上がると
分子運動のせいで部分的に空気の密度が下がる。
だから下がった密度埋めるために空気が流れるということ
が考えられそうですね。
不思議ですよねー！温度変化はおそらくごく僅かだと思うのですが、すごい反応します！
@@2sochan 様
おそらく、いろんな意味で考え方が
逆なんだと思いますよ。
あと空気の流れで押されてって
説明していましたけど
実際は引いて(吸い込んで)いる
のではないかと思います。
あと想像ついでに思ったことなんですが…
コレ…新しい発電機にできるんじゃ…
なるほど。 では無重力でもうごくのかね。
赤外線LED or ランプでも回りますか？
大気の流れを見れる装置を作ってましたよね。あれで実証試験を是非！
ガラス球の中には空気もなんにも入っていなんですね。
じゃあなくて、僅かなガスが有ると黒い面で加熱されたガスは膨張し黒くない面で冷やされる
黒い面から黒くない面にガスが流れるのでその反力で回転する
１，そうであれば周り360度方向から光・熱線が来ても回る
しかし冷えたガスが何処に行くかを考えると羽の周りを通ってまた黒い面にゆく
２，もしこの流れを遮るように羽がガラスの内面すれすれを回る羽に作れば羽は回るだろうか
そのようには作ることが出来ないので黒い羽と黒くない方を周りに漏れないように
３，曲がったパイプ状の覆いで囲ってやればガスが通り超えて黒井側に行けないので
回り続けることは出来ないと思う
でんじろう先生できればこの検証をして頂けませんでしょうか？
空気の対流にり受ける力よりも空気が重いと動かないだけだと体感的に思ってたけどそうだった・・・
あったかいほうが低気圧になって、つめたいほうが高気圧になると、黒い面のほうに動きそうな気もしますが、羽根より先に空気が動いて...まで何となくわかりましたがその先はまだ｢？｣です。
低温から高温側に気流がうまれる、、、でその反作用で動くというのが直感ではわからない不思議なところです、、、
反作用によって動くということは、羽より先に空気が動くのではなくて、羽と空気が同時に動くのだと思います
回転椅子に座った自分が隣の回転椅子を回そうとすると自分は逆回りに回ってしまうのと同じイメージかと
一方で風が羽を回す時は、既に回っている回転椅子に止まった回転椅子が触れると同じ方向に回るのと同じイメージだと思います
羽自身が風を作ってるかどうかで変わるのかな、、?
機序としては
黒面が発熱→周囲の空気分子が振動→膨張により圧力低下→相対的に高圧の反対面（白面）から空気分子が移動→白面の圧力低下→板が引き寄せられる
ということでしょうか。
黒面では膨張と圧力低下で板に対する力は相殺されるけど、白面は膨張がない分相対的に圧力が下がるイメージをしました。
微細な圧力差が原動力とすると、1気圧では空気の粘性が抵抗になる感じですかね。
温められて密度が低くなったから冷たい側から温かい側に空気が流れて羽を押すってことなのかなぁ
でも、大気圧では動かない
ひょっとして大気圧でも密閉してやれば動くのでは？粘度が強すぎて回らない？
化学って面白いです
正に目からウロコですね。だったら空気が通りやすいように板に穴をいっぱい開けたら、真空でなくても回り易くなるのでしょうか?
不思議なんです！でも真空1000〜100000分の1くらいにしないと動かないのです、、
穴だらけにして縁を増やしたり、効率の悪い内周の質量を減らす為に羽を三角にしたり、もっとよく回る形があるかもしれません。
一般的には暖かい空気は上にあがるので、その空いたスペースを補うように冷たい空気が流れてくるのかと思いましたが、その理屈だと1気圧でも回りますよね。。
不思議だ～
角運動量保存の法則はどうなってるんだろう？
羽の角運動量を打ち消すぐらい中の空気が逆回転しているのだろうか
予想あたってました！！詳細な計算はできないけどなんか嬉しい！！定説が覆るのは、科学の面白さのひとつですね〜
予想当たったんですね！すごい！！！
なかなか定説が覆るというのに直面できないので、とても嬉しいですよねー！
科学大好き好きには分かるんですｗ
自分の予想は違っていました。真空ではなく、空気が普通に入っていると思っていました。
黒い部分が温められて、その近くの空気が膨張して回転すると思っていました。
空気が少ない方が動くんですね。
「銅板+何か熱を貯めやすい素材」の組み合わせとか、ペルチェ素子とかでやったら、どうなるのだろうか？
色々条件を変えたら、どうなるのだろう。。。
空気の流れができ始めるのが先か、羽がまわり始めるのが先か、どっちなんだろう。。。。
なるほどー素材を変えて動きやすさの違いでそうですねー！
通常の空気中では空気の量が多すぎて熱が伝わらない&空気抵抗が強いという事なんですかね。熱量を上げられればなんとか回る？材料が燃えなければ。
昔から、「空気の流れが出来る」 と理解してました。日本での現在の説明（正しくない説明）は知りませんでした。
温度差での空気の流れは分かるとしても、低温から高温への流れのほか、高温から低温への流れも有ると思います。
エントロピーとして。
昨日ネット通板で購入手続きしました。
色々試してみようと思ったら、でんじろう先生とチャーリー先生が既に実験投稿済みでした。普通にインテリアにします。
うーん、対流というより羽の両面の微小な圧力差で羽が押されるというのが正解だと思うけどなぁ。（ 対流は２次的なもの )
対流による回り込みだと羽の形状に大きく影響を受ける( 同じ面積では回り込みやすい縁が最も長い円形羽が最速 )だろうし...
それは誤った原理の方に近いんじゃないのか？
概要欄の引用論文と、他の関連する別の論文を参照してみましたが、「従来説は間違い」という断言に引っ掛かりを覚えたため、長文にてコメントさせていただきます。３年以上前の動画に対して大変失礼致します。
結論を書くと、ラジオメーターは温度差によって生まれる気体分子と板の衝突の差で回っていると考えられます。つまり、間違いと言われている説は間違っていません。
一方で、気体分子と板の衝突の差は計算すると相殺されるので従来説は誤りという主張は、ある程度の条件付きでしか正しくありません。つまり、従来説に対する否定材料というのは、論理構造的には全面否定ではまったくありません。また、あとのほうで述べますが、流れの反作用で回るという説明は、分子衝突差の説明と全く矛盾しません。
もちろん、でんじろう先生はご理解の上で説明されていて、疑問があれば元の論文を参照すれば良いというだけかもしれませんが、私は以前この動画を拝見した際にはモヤっとしたままでした。私と同じようにこの動画の説明にモヤっとした方には、このコメントの最後まで一読頂けると、動画への理解を深めて頂けるかもしれません。
回ったり回らなかったりする要因を理解するポイントは「物体の大きさに対して気体分子が多いか少ないか」です。これを表す大学講義レベルの学術用語も定義されていて、クヌーセン数とかいう名前で呼ばれています。動画にある圧力が低いほど回るというのとほとんど同じ視点です。
①気体分子が死ぬほど少ない場合、板にぶつかる分子が全く居ないか、居ても回転軸の摩擦に負けるので全く回りません。
②気体分子がめちゃくちゃいい感じに少ない場合、動画の説明の通り、温度差による分子の衝突の差によって板が分子から作用を受け、ラジオメーターが回ります。なぜ空気の膨張と相殺されないかというと、気体分子がめちゃくちゃいい感じに少ない場合、空気があまり膨張しないからです。もう少し詳しく書くと、空気が膨張するには分子同士がぶつかり合って遠ざけあうことが必要なのに、分子同士がほとんどぶつからずにすれ違ってしまう場合、温度差に対するの膨張差の効果は小さくなります。
③空気が多い場合, 動画の説明にあった、「気体分子の衝突否定説」の通りで、温度差による分子と板の衝突の差は、温度による膨張の効果と相殺されます。これは、気体分子が多ければ多いほど、板のまわりの分子たちが頻繁にぶつかり合うので、温度の高い壁とぶつかった分子が速くなり、その分子と別の分子がぶつかり…ということが起きやすく、分子同士がぶつかり合い遠ざけあうことによって空気が膨張するからです。
以上のように、気体分子と板の衝突によって、ラジオメーターが回ったり回らなかったりします。ただし、実際のラジオメーターで使われる圧力の領域は、②と③の中間の分子の多さなのではないかと思います。
ここで、「②より③に近いんだったら結局力が弱くて分子の衝突だけでは回らないんじゃないか」という反論がありえます。しかし、2015年の研究論文(S. Taguchi, K. Aoki, Phys. Rev. E., 2015)にちょうどこの話に対応する計算結果(Fig14)があり、分子数がある程度多くて羽根上の大部分で温度の作用が相殺される場合でも、羽根の尖端付近の「物体の大きさに対する温度差が大きい」部分では温度の作用があまり相殺されずに力が生じるそうです。
以上が、気体分子のふるまいに基づくラジオメーターの原理説明だと理解しています。
「それじゃあ、英語版Wikipediaの流れの反作用で回る説明は間違いなのか」と思われるかもしれません。この疑問もおおいに分かりますが、この説明も間違っていません。なぜなら、空気の流れを生じさせる作用に対する反作用の力、というのは、気体分子と板がぶつかることによる力をたくさん足し合わせたモノと全く同じだからです。人間が自転車を手で押している力は、掌の表面の分子がハンドルのゴムの表面の分子を押している力をたくさん足し合わせたモノと全く同じなのと同じことです。
もう少し具体的に、流れの説明と分子衝突の説明の何が同じなのかを書きます。動画で仰っていた「温度差が生じることによって回る、というところまでは同じ」というのは、もう少し踏み込んだ言い方をすると「気体分子が板の表面を押す力をすべて足し合わせたモノが、温度が高い黒い面の方が大きいことによって回る、というところまでは同じ」となります。つまり、温度が気体に何かして、気体とラジオメーター間の作用・反作用で回るというのは同じで、温度にともなう気体分子の動きを衝突という狭い範囲のふるまいで切り取るか、流れや膨張という全体的なふるまいで切り取るかという、物差しの違いだけが相違点だと理解できます。
したがって、ラジオメーターが温度差によって気体の流れをつくる反作用で回るという文章は何も間違っていませんし、気体分子の衝突の差によって回るという文章とは、矛盾するどころか、綺麗に原理説明を補いあう文章であるとすら言えます。
以上、読んでいただいてありがとうございました。
参考文献：S. Taguchi, K. Aoki, “Motion of an array of plates in a rarefied gas caused by radiometric force”, PHISICAL REVIEW E, 91-6, 2015.
20年前に空気の流れで教わったから、学者の世界では常識として
資料の更新が遅れてるだけかも。
宇宙で光を反射する帆を開いて推進するという考えがあると思いますが、それと同じように、黒い方は熱せられることで多くの赤外線がでて、ごくわずかに推進力が生まれているってことはないでしょうか？光っている方は外部からの光を反射するのみで放射が１方向にならないので推進力になりにくいとかで。
なるほどー、、、赤外線がでる、、、全てを反射する方が推進力ありそうな気もしますよね、、、うーん、不思議
でもそれだと、真空中では回らないと言うことが説明できないのでは・・・？
真空中のほうが回りそうですよね
kirin 温度差で気流がうまれる というのが古くて新しいです！
ヒント:平均自由行程
wiki英語版が間違ってるのではと考えてる自分・・・。
無重力または、赤道直下でやったらどれ位回り続ける？どれ位早く回り続けるのかな？
トルクコンバーターみたいな原理なんですね。面白い。
上昇気流の影響かと思った！
温度差による気流の発生、、それも低温から高温部へ、、、そしてその反作用、、、不思議です！
温かいほうへ冷たい空気が流れるってのは、熱い空気が冷えるときに縮むっていうのと同じと考えていいのかな？
真空に引かないと回らないのは、例えば人間が水中では抵抗が多すぎて、地上のように動けないように、プロペラの場合は通常の空気密度の中では抵抗があり過ぎるからなのかな、とか考えてしまいました。ガチ真空引きしてしまうと回らないのは動画での紹介のとおりとして。
もし回転機構に現代技術を盛り込んで、ベアリングとかで抵抗を極限まで押さえたらよわよわ真空でも回るのかな？？
空気の流れとは分子の流れな訳で、その流れが黒い羽根に当たることによって回転するということですよね。マクロで空気の流れというか、ミクロで分子が当たるというかの違いであり同じことと思いますが・・・。
気体の逃れ見る方法なかったでしたっけ、そういうので見れたら面白そう。
ながれも、サイズも小さすぎるのかもしれないけど。
そうなんですよねー！気体の流れを見れるといいのですが、、
1気圧下だと、真空時に比べて空気の比熱容量が大きいから動かないのでしょうか
羽を四角じゃなくてひし形に配置してるのは裏面への空気移動の面が多いほうが勢いよく回るからかな？？でんじろう先生のはやつが四角配置で周りが鈍かったからそうかなって思った。（32歳男性）
鋭角な三角の羽や、中抜きした羽だともっと回りそう！
オイル作動型の真空ポンプですか？
ドライ真空ポンプです！
真空になると回らないとは知りませんでした。
低温側から高温側に空気が流れるという説明が、私には理解できませんでした。
高温部に接する空気が熱膨張して羽を押しているというのなら理解しやすいのですが（解釈が違いますよね？）
小惑星探査機はやぶさや、小型ソーラー電力セイル実証機IKAROSを知る私としては
てっきり放射圧(光圧)で動いているものと思い込んでいたのでちょっとショック
単純に考えると、黒い面の前の空気が熱せられて膨張して、圧力が高くなり羽を押しながら圧力の低い方へ流れて行き、その際に羽根が回転するように思えるのだが、世の中はそんなに単純では無いということなのだろうか？赤外線温度計や、線香の煙などを使って可視化してもらえると嬉しい。
可視化したいですねー！
温度差と言ってもかなり微妙なはずです、、それなのに動く、、、うーん、、、
これとドリンキングバード好き
マジか笑
あれ、シマウマも温度差によって風を生んで熱対策するためにシマシマなんだとか聞いた事あるけど同じことかなー
温度差が問題であれば、ペルチェ素子を似たような構造にしたらより多くの温度差が期待できそうですし、普通の気圧でも動きませんかね？
是非とも実験して欲しいです。
但し…かなり微妙な精密加工が要求されそうな予感はしますけど…。
想像はひろがりますねー！実験はたのしいですね
壁とのクリアランスを極限まで小さくした羽根だと回るのだろうか？
科学マジックみたいなので使えそう笑
不思議ですよー！！LEDで動くことを知っている人もほとんどいないと思います！
ここにもw
知りませんでした。長年光圧を受けて回るのかと思ってました。勉強になりました。
中真空中では温度差に反応できる範囲内には限定的な数の空気分子しかいないので空気の流れを阻害されにくく、大気中では微力な流れが起きても周りにふんだんに空気が有るので冷たい側から流れだした分だけそこに押し寄せて打ち消されてしまうから」と言う仮説を立ててみました。何時も興味深い視点での実験をする動画を楽しませて頂いております。これからも新作に期待してますよ～♪
ありがとうございます！
おもしろいのは10万分の1気圧なのですが、
それでもアボガドロ定数でいうと、
1モルあたり空気分子は、6.02×10の23乗個が、6.02×10の18乗個になるだけなんですよねー、、、、本当の真空というのは一体どんな世界なのか、、、
@@2sochan 先生に続いて西村さんにまでお返事いただいちゃいましたｗ♪ ありがとうございますｗ♪ うれしいです♪(^▽^)／ 一円玉を六方最密で１０万円分敷き詰めて、その面積に一円玉一個しかないという画を頭に描いてみて仮説してみたのですが、先生のおっしゃる通りたったの10のマイナス5乗ですもんね。ニワカのたわ言でしたお恥ずかしい。これからも動画の新着を楽しみにしています。西村先生もどうかお元気にご活躍ください♪(^▽^)ﾉｼ
これを大型化して太陽光発電した場合、太陽電池とどっちが効率いいんだろうか？
おー！なるほどー！！
トルクがどれくらいあるか疑問ですが、、アイデアおもしろいですねー！
太陽電池と比較してレアメタル類が必要ない太陽熱発電のほうがまだ効率良さそうですね(゜-゜)
nave1204 100年後にはきっと予期せぬ現象が生まれているのかもしれませんよねー！
@@2sochan 火星基地が出来たら実用的な発電方法になるかも。
alberato 2016 いいですねー！！太陽光発電でも良さそうですねー！ 生きている間に火星に何かできるか楽しみですね
すごい！逆に容器内を高圧にして冷却スプレーをかけたら回らんすかね？
逆転の発想ですね！
（エクスクラメーション）
ぜひ、真空装置に色付けした煙を入れて観測して頂きたい。僅かな量でも当てる光をスリットで細くしたり、強くしたりして工夫すれば肉眼でも流れが観測出来るかもしれません。
温度差だって習ったときは、「昔は光の反射のせいで、光圧が原因、と言われていたけど、間違い」って聞いて安心してたんだけど、さらに違うとは。
１気圧では気体分子の平均自由行程は0.1ミクロン以下であり、気体の場所毎の温度や密度が定義できますが、真空に近くなり平均自由行程が容器の大きさ程度かそれ以上になると、場所毎の温度や密度は意味をなしません。結果として黒い面と白い面にあたる分子の数は等しくなり、黒い面で激しく跳ね返るからという説明で合っているのではないかと思います。私はそのような説明をRUclipsに投稿していますのでよかったら見て下さい。
やはり言語の壁は厚い
英語圏だったらもっと早く多くの情報を得ることが出来るのに
実際に真の真空状態だと、
温度差での空気の流れが出来ないから
回らないってことですよね？
そうなんです！！高い真空度で実験できていませんが。
何で空気中で回らないのか？ 温度差で回るなら1ｋｗとかのライト当て温度差を大きくすると回るかも（1気圧で）
ガラス容器の中で対流が起きることで回るのかもしれない、ガラス容器の形の影響もあるかも？
大学に通ってた頃は
分子運動の話なんてされませんでしたね
温まって密度が下がった側に冷たい密度が高い側から空気が流れると言った感じでした
お世話になります🙇
おっ、、！？
俺中学のときになにも知らない中で「黒い羽の付近の空気が熱せられて膨張して、そこに低い空気が入り込もうとする力で動く」って答えた覚えがある。たまたま気象予報士の資格に興味をもった友達に勧められて本読んでたから、気圧の低い部分から高い部分へ地上付近の大気（空気）が流れるのと同じかととっさに思い付いて答えた。結局、気象予報士は中一ってこともあって微積で挫けたけど。
あれで合ってたんかい！
磁力線の流れとか他の移動するものでも真空中なら効果出ますか？
うまく一定方向に流れが作れればいいのですかね？
真空の世界は、また違った一面を見せてくれる可能性大きくて興味深いですよね！
熱による空気の対流説、昔何かで見てうろ覚えだけど知ってたな…
なんでだろう。何見たんだろう…
空気があると動かない、、、100000分の1まで減ると絶好調に動き、、、真空度が高すぎると止まる、、、、ふしぎですね！
光の作用反作用の法則で動いてるんだと思ってた(笑)
たしかに！！そう考えられていました！
俺もソーラーセイルと同じかと思ってた。けどそれにしては余りにもレスポンスが良すぎるんだな。置いてあるのみたことしかなかったからそんなにレスポンスいいとは知らなかった。
N T 温度差なんですよね、、ふしぎです。冷却スプレーをすると逆回転になります！
次に流れた磁力線で浮いたまま回るコマの動画でコメントしようとしたら次の動画が始まってしまいここに書き込みます
真空中のコマが何の抵抗で止まるのか？謎を解明すると新たな謎を生み出す、研究者とはいつまでもモヤモヤと雲の中を生きてるのかと思うと大変な仕事？だなあと思いました
これからも謎を解き？謎を作り？頑張ってこの世の真理を解明してください
てことは、高真空にしてしまうと回らんのですか。
温度差や熱での対流？的なことなら、タテ型のがあってもよさそうですね！なぜないのだろう
これ見た時、イカロスの原理かと思ったけど違うのね。
でも太陽放射線(光を含めて色々)を受けて推進するイカロスの仕組みを実験したモデルはないんでしょうか？
羽の向き、形、光源の方向でも変わってきそうですね。どんな空気の流れなのか？先生も解らないってのが良いですね！
まだ試行錯誤できそうですね！
可也昔ですがエレクトロニクスショーでLEDメーカーがデモの為
壁一面にLEDを配置したパネル(3mX10m)があり
前に立つとそこそこ暖かだったのを覚えてます
空気の流れを視覚化するのに、シュリーレン撮影するというのはどうでしょうか？
中に煙の粒子を入れたら空気の流れを観察できたりするんだろうか？
強い光のライトを照射して回した後、手をかざしたので、あまり回らなかったのですね。手をかざしただけで回すには、一番最初にかざせばこの動画よりはよく回ったはずです。
常圧では空気抵抗の方が勝っているから回らないんでしょうかね。
空気の粘度を考える発想がないと音速を取り扱うことができなかったとか。