Return Home 気象科学実験教室、一覧表　キッズの気象実験、一覧表　「気象実験クラブ」入会案内。
気象実験(傾圧不安定波)
実験の様子を写真で紹介します。

実験項目および内容は、随時追加、修正、改良しています。→　装置等の改良版（装置２号機）です。　→　４時間連続実験（装置２号機）です。
Originated 2010-02/16   Last Updated 2010-02/22, 4/01

実験＝回転流体の中の対流の実験です。
　　　地球をとりまいて東西方向に流れている大気の運動を、アルミ粉等をつかって、波動の様子を描いてみよう。
　　　位相が一致したり、崩れたりする現象がみられるが、その要因につき考えてみよう。

実験タイトル＝傾圧不安定波

実験の狙い＝傾圧不安定波をつくり、流体の流れが波動となる要因を考えること。
　　　　　　さらには、対流現象が出現しているときに、その系に対し外力を作用させた場合の
　　　　　　流れの様子を推定すること。例えば、EXPMA1  ベナール対流　に対して、
　　　　　　水平方向の外力を作用させてみる。

実験装置の製作：        
　　　　・円盤上に３重の水槽（洗い桶23cmφ＆温湯、パイレックス13.6cmφ＆水道水3cm深、アルミ缶6.7cmφ＆冷水）を置く。
　　　　・円盤としては、陶芸用の手回しロクロを使っています。
　　　　・波動の模様は、アルミの粉末で可視化して、見やすくするため黒布を敷いています。
　　　　・円盤の駆動には模型用のモーターを組み立てて使っています。
        ・モーターの駆動力は、タイヤ接触で回転円盤に伝えています。
　　　　・円盤の回転数(35rpm/12rpm、11rpm/5rpm)は、駆動側で調節します.
          すなわち、電池の個数(1〜2)及び下の写真の「模型自動車のタイヤ」（モーター+ギヤボックスにつなげてある）の使い分け、
          で４段階に切り替えます。電池を３個直列にして使うと６段階の切り替えが可能となります。

実験結果：
        ・私の実験装置で得られた蛇行の模様です。回転数、温度差、深さ、円筒容器の配置等によって
　　　　　波数が変わります。又、蛇行現象にならなかったり、なかなか蛇行に移行しないこともあります。
　　　　　さらには、上述の条件に加えて、アルミ粉の散布程度によっても波動現象の現れ方が異なります。

　　　　・実験装置及び実験の過程で得られた波動（波数＝１〜７）をご紹介します。
　　　　　ただし、この実験結果と全く同じ状態を再現することは、目下のところ困難です。
　　　　　一つの可能性を示すものと、とらえておいて下さい。
　　　　　なお、上述の実験条件は、今後実験を重ねていって現象に対応したデータを掲載予定です。

　　　　装置全景
　　　　（左の車輪35rpm/12rpm、右の車輪11rpm/5rpm）
        
　　　　波数＝１、冷水容器を思い切って偏心させた。
        

　　　　波数＝２、冷水容器を若干偏心させた。
        
　　　　波数＝３、アルミ粉が少量。
        

　　　　波数＝４、ごく普通にできる。
         
　　　　波数＝５、ごく普通にできる。
        

　　　　波数＝６、外周の温湯の量を極端に少なくした。
         
　　　　波数＝７、アルミ粉の初期状況が円環になっていた。
        

　　　　中央高温、外周低温の条件で実施した。

対流現象はほとんど発達しなかった。
         
　　円筒容器＝４種類を使用した、写真では明瞭ではないが、

        中の２つの円筒容器内にそれぞれ波動ができる。　　
         

流れの中に障害物を置いた。

         
障害物の設置状況

使用済みのボールペンの胴体。　　
         

実験のヒント：
　　　　・フラッシュ無しで写真撮影すると、アルミ粉の粒子が流れて写ることがあります。
　　　　・アルミ粉の分量は、最初は出来るだけ少なくして行うとよいでしょう。
　　　　　慣れてきたら、分量を少しずつ増やします。
　　　　・３種の円筒容器は、必ずしも同心円状に配置しなくても蛇行模様が出来ます。
　　　　・外周の容器は、四角い形状でも構わないはずです。
　　　　・容器の外(20〜50℃)、内(3〜16℃)の温度差(5〜40℃)は、かならずしも大きくする必要もないようです。
　　　　　明瞭な蛇行現象を起こさせるに必要な温度差はどれほどか、今後詳細な実験を行う予定です。
　　　　・容器の温度差は大変速く変化します。手早く温度計測する必要があります。
　　　　・回転円盤に固定した無線カメラがあると、波動現象の発達、変化の観察が行いやすくなるでしょう。
　　　　・中央の容器はガラスPIREXですが、これを大きい直径のものに変えたり、あるいはプラスチック製の
　　　　　ものに変えると波動が現れにくくなったりしました。
　　　　・温度差の与え方を内外逆転（中央高温、外周低温）させたところ、対流現象は明瞭に見られなかったです。
　　　　　このため波動の形成も見た目としては不明瞭でした。
　　　　・円筒容器として、４種類を使用したところ、中の２つの円筒容器内にそれぞれ波動ができました。
　　　　・通常、円筒容器を３種類使いますが、いちばん外側の円筒容器は使わずに、代わりに室内の空気を
　　　　　使うことによっても、蛇行現象が生じます。

関連実験：
　　　大気の波動 
      大気の波動を描く　（コンピューターシミュレーション）
      シミュレーションで、画面に描いた波動図形の一例（このプログラムは、JAVA で Codingしています。）
      

先頭へ戻る  気象科学実験教室、一覧表　キッズの気象実験、一覧表


Return Home 
気象科学実験教室、一覧表　キッズの気象実験、一覧表　「気象実験クラブ」入会案内。
AZURE　WINFORT