b.ビー玉エンジンの注射器の設置角度による動きの変化について
b−1.準備物
試験管(パイレックス試験管25oφ、21oφ、18oφ、15mmφ)、ビー玉(直径約16mm、12mm 6個ずつ)、注射器(10ml、5ml)、アルコールランプ、ゴム栓、ゴム管、木製台、蝶番
b−2.方法
ビー玉エンジンに使う試験管、ビー玉、注射器などを変えたり、注射器の設置角度を変えたりすることによって、ビー玉エンジンの動きの変化を調べる。注射器の角度を変えるときにピストンの下に蝶番をおいて、両面テープで固定した。注射器がフレキシブルになり決まった角度で固定しやすいようにした。
b−3.結果と考察
実験の結果、表1を得た。注射器の設置角度を変えると、それに伴って注射器のストローク量と運動周期はそれぞれ増す傾向にある。これは、注射器が支点を中心に円運動を行なっているので、それを持ち上げる注射器に角度が付いている方が試験管を持ち上げる力が加わりやすいからだと考えられる。また、試験管の径が大きいほど空気の量が増え、ビー玉の数が多いほど移動する空気の量が増えるので、空気の膨張・収縮量も多くなり、注射器のストロークが長くなると考えられる。しかし、結果は、21oφの試験管のストロークが一番大きかった。これは、試験管内の空気量が多いと、空気の膨張が大きく、注射器のシリンダーの位置が上がってしまうことによって、試験管の支点の位置も上げなくてはならず、そのためにアルコールランプの炎から試験管が遠ざかることによって加熱量が少なくなると考えられる。加熱量が少なくなると高温部の温度が下がり、高温部と低温部の温度差が小さくなり、空気の膨張と収縮の差も減っていくことになる。
より、動きを大きくするならば、試験管の外径21o、注射器10ml、16mmビー玉を用いて、注射器の角度を調整するとよい。また、ガスバーナー等の火力の強いものを使用すると初め動きは大きいが、試験管の温度が上がることによって、高温部と低温部の温度差が小さくなり、全体の動きが小さくなってしまうのではないだろうか。
ビー玉エンジンは、径の大きい試験管に径の小さなビー玉を入れても動くことがわかった。また、ビー玉の代わりに鋼球(パチンコ玉)を入れると重さのために小さくゆっくりとした動きだが動くこともわかった。このことから、試験管内を転がるものであればビー玉の代わりになるということもわかった。