ヘリウム風船の浮く時間と浮力

ヘリウム風船が、どのくらいの浮力を持つかは、風船の重量と、入るヘリウムの体積で決まります。空気やガスの重さは、気温や湿度でも変わります。ここでは、空気の密度を1.2ｇ/ℓ、ヘリウムガスの密度を0.17ｇ/ℓ。*1　として説明してみましょう。

（*1　密度に関して。　空気1ℓ（㎥）＝1.2857ｇ、ヘリウム1ℓ（㎥）＝0.1785ｇ　
この数値の小数点2ケタまでを採用（気温0度の場合）

※バルーン用のガス業界では、通常は空気1.0ｇ/ℓ、ヘリウム0.14ｇ/ℓ　としていることもあるようです。

浮力からヘリウム風船の重さを引く

例えば、街でよく見る直径9インチ（23㎝）のラテックスバルーンの場合、バルーンそのものの重さは約2ｇ。バルーンいっぱいにヘリウムガスを入れると、大体7ℓ入ります。
ヘリウムガスの密度は0.17ｇ/ℓですから、7ℓのヘリウムガスの重さは

0.17ｇ　×　7　＝　1.19ｇ　

これにバルーンの重さ2ｇを足した3.19ｇが、ヘリウム風船全体の重さです。

一方、風船には周りの空気から押し上げようとする浮力が働きます。このときの浮力の大きさは、風船の体積（7ℓ）分の空気の重さと等しくなりますから、

1.2ｇ　×　7　＝　8.4ｇ

風船の浮力8.4ｇ　から　風船全体の重さ3.19ｇを引いた5.21ｇが、9インチのラテックスバルーン1個あたりの浮力ということになります。

風船で人は浮かせられる？

童話やアニメでは、山ほどの風船で人を飛ばすシーンが描かれます。ヘリウムガスを入れた風船で、人を飛ばすことはできるのでしょうか？　理論上では、可能です。上記の計算で、9インチ（7ℓ入り）のヘリウムガス風船は1個当たり5.21ｇの浮力を持っていることになりました。体重60㎏の人なら

60,000ｇ　÷　5.21　＝　11,516.3

11,516個分の風船で、浮力が釣り合う計算になります。もちろん、実際は風船を繋ぐ紐の重さや、何万個もの風船を人に付ける器具が入ってきますから、そう簡単には行きませんが、こんな想像の計算をするのも楽しいですね。

ヘリウムガス風船は、どれ位飛び続ける？

風船がどれくらい飛ぶかということには、気温・風向・風速・湿度など、様々な要因があるので一概には言えませんが、米国風船芸術家協会（N.A.B.A）が行った調査によると、「通常、上空8キロメートルまで上昇した風船は、外気が摂氏零下40度の中で硬化し、気圧の低下で既に7.3倍に膨張している。ここでゴム膜が膨張に耐え切れず、粉々に破裂し地上に落下する」ことが報告されています。*2
8キロメートルと言えば、富士山よりもはるかに上空。そんな高さまで飛ぶ風船を、見てみたいものですね。

（*２『ゴム風船の空中への放出が自然環境へ与える効果の研究』1989，7/29ＮＡＢＡ、環境委員会技術顧問　Ｄ．Ｋ．バーチェット日本バルーン協会「風船とばしについての資料」より抜粋）　http://jba1.jp/JBArep/release.html