風船はなぜ空に飛ぶものと飛ばないものがある？
風船に空へ浮かぶものと浮かばないものがあるのは、中に入っている気体の重さと、風船全体の重さが違うからです。ヘリウムガスを入れた風船は、周りの空気から受ける「浮力（ふりょく）」が全体の重さを上回ると上昇します。一方、口でふくらませた風船には周りとほぼ同じ空気が入っているため、普通は自分の力では上がりません。
ただし、ヘリウムが入っていれば必ず飛ぶわけではありません。風船の大きさや、ひも・飾りの重さによっても結果が変わります。
風船を持ち上げる「浮力」はどこから生まれる？
空気には重さがあります。そして、空気の中にある物は、周りの空気から上向きに押される力を受けています。この上向きの力が「浮力」です。
水に浮かべた物が水から上向きの力を受けるのと、基本的な仕組みは同じです。風船をふくらませると、その分だけ周りの空気を押しのけます。押しのけた空気の重さに相当する力が、風船を持ち上げようとします。
一方、風船のゴムやフィルム、中に入れた気体、結んだひもなどには下向きに引かれる重さがあります。浮力がその合計より大きければ風船は上昇し、小さければ落ちます。NASAも、押しのけた空気の重さと風船全体の重さの差が、浮くかどうかを決めると説明しています。
口でふくらませた風船が浮かないのはなぜ？
口でふくらませた風船の中身は、私たちの周りにある空気です。風船の中の空気と、同じ大きさの場所を占めていた外の空気は、重さがほぼ同じです。
そのため、空気を押しのけて生まれる浮力は、中の空気の重さを支えるのにほぼ使われてしまいます。さらに、風船そのもののゴムや結び目の重さがあるので、上へ飛んでいくことはできません。
手で放り上げたり、扇風機の風に乗ったりすれば一時的に舞い上がることはあります。しかし、これは風や投げた勢いによるもので、ヘリウム風船のように自分で浮いている状態とは違います。
ヘリウムを入れると空に上がるのはなぜ？
ヘリウムは、同じ体積で比べると空気よりずっと軽い気体です。日本バルーン協会によると、ヘリウムの重さは空気のおよそ7分の1です。
風船の中を空気ではなくヘリウムで満たすと、押しのけた外の空気より、中に入っている気体のほうが軽くなります。その差を利用して、ゴムやひもを含む風船全体を持ち上げられるのです。
浮いている風船は「ヘリウムが上へ引っぱっている」のではありません。周りの空気が生み出す浮力が、風船全体の重さに勝っているので上がっていきます。
ヘリウム入りでも浮かない風船がある理由
ヘリウムを入れても、浮力が風船全体の重さに足りなければ浮かびません。たとえば次のような場合です。
- 風船が小さい：押しのける空気の量が少なく、十分な浮力を得られません。
- ヘリウムの量が少ない：ふくらみが小さく、持ち上げる力が不足します。
- 風船や飾りが重い：厚い素材、長いリボン、付けた飾りなどの重さが浮力を上回ります。
- 時間がたってガスが抜けた：風船がしぼみ、押しのける空気の量が減って浮力が弱まります。
日本バルーン協会では、ヘリウム1リットルで持ち上げられる重さを、およそ1グラムと説明しています。たとえば10リットルなら約10グラム分が目安ですが、そこから風船自体やひも、飾りの重さを差し引く必要があります。実際の浮力は温度や気圧などでも変わります。
同じヘリウムを使っていても、小さな水ヨーヨーのように、入るガスが少なく風船の重さが大きいものは浮きにくくなります。
浮いていた風船が時間とともに下がるのはなぜ？
ヘリウム入りのゴム風船は、しっかり結んでいても少しずつガスが外へ抜けていきます。ゴムの表面を通ってヘリウムが逃げるため、ふくらみが小さくなり、浮力が減っていきます。
フィルム製の風船には、ガスが抜けにくくなるよう工夫されたものもあります。ただし、フィルムやバルブ、ひもの重さもあるので、どんな大きさでも浮くわけではありません。
また、部屋が冷えて風船が小さくなると、押しのける空気の量が変わり、浮き方が変化する場合もあります。上昇するかどうかは、入れた気体だけでなく、そのときの風船全体の状態で決まります。
浮く風船と浮かない風船を見分けるには？
買うときには「ヘリウム入り」「浮くタイプ」などの表示を確かめましょう。見た目が同じゴム風船でも、口やポンプで空気を入れたものと、浮かせるためにヘリウムを入れたものでは、使い方が違います。
ヘリウム風船でも、ひもを付けた状態で浮くか、飾りを付けても大丈夫かは製品によって異なります。飾り付けに使うときは、商品の案内で浮かせられる条件を確認してください。
ヘリウム風船を扱うときの注意
風船用のヘリウムガスは、声を変えるために吸い込まないでください。日本バルーン協会によると、風船用のガスには酸素がほとんど含まれておらず、吸い込むと酸欠によって失神や呼吸停止につながる危険があります。水素ガスも燃えやすく、風船を浮かせるために使わないでください。
浮く風船は屋外へ飛ばさず、ひもと重しで固定して楽しみましょう。特にフィルム製の風船は電線などに触れると事故につながるおそれがあります。小さな子どもの近くでは、ふくらませていないゴム風船や割れた破片を放置しないことも大切です。