大気圏突入の時はなぜ燃えるほど高速なのですか？

地球への大気圏突入時は超高温になることは有名ですが、なぜ地球の引力に引っ張られているだけなのに、そんなに高速になるのですか？

マッハ20くらいまで速度が出て、そこで大気の粘性により熱移動が起こって物体が高温になり燃え尽きるそうですが
同じ地球の引力に引っ張られているなら高度３万メートルくらいから物体を落としてもそのぐらいの速度にならないとおかしいと思うのですが、何故でしょうか？

No.31 回答者： nananotanu 回答日時： 2009/10/01 12:47

#19です。

>まず、一つ疑問に思ったのは、同じ時間に同じ周回数を持っているならば、通常だと外側の物体のほうが、内側を回っている物体よりも速いですよね。

ひとつの円盤のように固定されているイメージと勘違い(混同)されていませんか(^^)？
個々の物体は繋がることなく、勝手に運動しています。

太陽系でも外側の惑星ほど1年（＝太陽を一周するのに必要な時間）が長いですよね？
外側ほど速い、ということはないですよ。そもそも「同じ周回数を持っている」ことはないのですから。

この回答へのお礼

同じ時間に同じ周回数を持っているならば、通常だと外側の物体のほうが、内側を回っている物体よりも速いと考えがちになってしまいますが違うのでしょうか。
例えば、月は地球を公転していますが、月よりも地球に近い衛星が２７日で地球を公転していた場合、月のほうが公転速度が速いということになるんですよね。
ただこの場合とはなんら関係ない質問でごっちゃになってしまっていたらすいません。。

お礼日時：2009/10/01 15:31

No.32 回答者： moritan2 回答日時： 2009/10/01 15:50

> 要するに理論的には空気の摩擦を完全に無視して考える（大気がないものとして考えた場合）

> 遠方から地球に引き寄せられる物体は地球に衝突する瞬間に第二宇宙速度になり、
> 地球から第二宇宙速度で上に打ち上げれば、徐々に減速していき、地球の引力による影響が
> ゼロになる地点で（他の惑星の重力の影響は無視する）運動エネルギーがゼロになり速度が
> ０になるという理解で合ってますでしょうか。

細かい問題はありますが、だいたいあっていると思います。

No.33 回答者： nananotanu 回答日時： 2009/10/01 18:42

#30です。

>>う～ん、最初は慣性の法則で上昇を続ける
＞上昇するんですか？
えっと、本来なら高度30000mでは静止できないですよね。機体から離れても「上昇を続けることで」直ぐに落下はしない＝見掛け上静止し続ける
という意味です。書き方が誤解を招きましたね。

この回答へのお礼

見かけ上というのは地球から見てということですよね。それだと上昇している分には静止しているように見えます。

この場合上昇すると言ったのは地球方向に射出した物体のことですか？
それともその物体を射出した側の物体のことでしょうか？

お礼日時：2009/10/02 07:49

No.34 回答者： miran_2006 回答日時： 2009/10/01 18:42

#23です。

>それはもうわかってます。
との事ですが、初期の質問に回答が得られているならば、さっさと質問を締め切りましょう。ここでは、下記のように分割質問・締め切らずに関連質問することを禁止しています。マナー違反です。
▼引用▼
■分割質問・締め切らずに関連質問
１つのテーマについて複数の質問に分割して投稿する行為や、前回投稿した同様の質問を締め切らずに関連質問の追加情報を新たに質問として投稿する行為は、回答者がどの質問に回答すればいいか分からなくなるなど迷惑となるおそれがありますので、禁止とさせていただきます。
▲引用▲

また、
>地球の重力だけでそこまで速くなるのでしょうか？
との事ですが、そんな簡単な計算は、ご自身で計算されたらどうですか？
式を知らないのなら調べてください。「ちょっとググれば」いくらでも出てきます。何でもかんでも聞けばいいと思っているのなら、それは質問者としてのエチケットに反しますよ。
ちなみに、この回答は「」内の部分が、質問者さんへのメッセージですので無関係な回答ではありません。（いちおうね。

この回答へのお礼

そういうことなら最初からそういった趣旨の事が書いてあればまだわかりますが、いきなり悪意があるとも取れる図を作って投稿してくるというのはあなたもマナー違反だと思います。

＞それはもうわかってます　と言ったのは、あなたが最初の最初の回答のように、どのようにしてなぜ燃え尽きるのかということに対して理解は既にできてましたが、質問の大前提であるなぜそれほどまでに速度が出るのかという事に対しては明確に理解を得られていませんでした。前述で私と回答者様のやり取りを読まずに投稿してきている、仮に読んで投稿してきている、どちらだとしても作図からも悪意があると考えられたためです。

最悪あとは厳密に違反してるかどうかは運営のほうの判断に任せるべきであなたが直接嫌がらせをしてチャチャを入れてくることではありません。

お礼日時：2009/10/02 07:27

No.35 回答者： nananotanu 回答日時： 2009/10/01 18:53

#31です。

質問者さんの勘違いが分かってきた気がします。

>例えば、月は地球を公転していますが、月よりも地球に近い衛星が２７日で地球を公転していた場合、

そんなことは不可能です。それぞれの軌道半径で周回する周期は厳密に計算で求められる値に決まっています。月と同じ周期で地球を公転する物体の軌道半径は、厳密に月と同じでなければあり得ません。

それを計算する法則がニュートンの万有引力の法則であり、結果を端的に表現したのがケプラーの第三法則、です(歴史的順番は逆：ケプラーが先　ですが)。

この回答へのお礼

これは勘違いですし、大きな驚きでした。そうなんですね。
そうすると速度も周期もすべて決められた値までなろうとする力が自然と働くと言う事ですか。

お礼日時：2009/10/02 07:53

No.36 回答者： nananotanu 回答日時： 2009/10/01 19:03

#28です。

>水平方向に移動してしまうというのがどうしてもよく理解できない
自然の摂理ですね。逆に、移動しないのならばその高度には存在できません。

>それは地球の自転に関係していますか？
辞典は関係ありません。何度も指摘があるように、「引力に打ち勝つために」水平方向に移動しなければその高さに存在できません。「ゆっくり落下する」とはそういうことでしょう？

水平方向に移動しないのならば、ゆっくりではなく、まっさかさまに落ちますよ。

この回答へのお礼

ゆっくり落ちなければ（侵入角度が深い）とそれだけ急激な加速を受けて燃え尽きやすくなるということですかね。

水平方向への移動をせずに静止した物体があると仮定したのがいけなかったのかもしれません。
水平方向の移動ではなく例えばロケットによる逆噴射でそれまでのスピードをゼロにしさらにロケットの上昇エネルギーを利用した状態で赤道上に静止（地球の自転に同期していない）していると仮定した場合ではどうでしょうか？（現時点の技術ではどちらも無理だと思いますが）

そこから時速１０kmで地球の赤道にむけて物体を射出したとして
まっさかさまに落ちてもいいです。その場合でもその物体は横に移動しながら加速していくのでしょうか？

お礼日時：2009/10/02 07:38

No.37 回答者： Tacosan 回答日時： 2009/10/01 19:07

#31 のところ:

ケプラーの法則から「軌道周期の 2乗と軌道長半径の 3乗が比例する」ことがわかっています. したがって, 「同じ時間に同じ周回数を持っている」(すなわち軌道周期が等しい) ためには軌道長半径が等しい必要があります.
月の (対恒星) 公転周期が 27日くらいですから, 「月よりも地球に近い衛星が２７日で地球を公転していた場合」にはその衛星が (周期を 27日まで伸ばすためと軌道高度を保つために) エネルギーを消費し続けていることを意味します.
つまり, 簡単に言うと「距離の異なる物体が同じ時間に同じ周回数を持っているというのは自然な状況ではない」ということです.

この回答へのお礼

そうなのですか。人口的にでも作り出さない限り軌道半径の違う二つの衛星が同じ周回数を持っていることは天体ではありえない訳ですね。これは目からウロコでした。まずケプラーの法則をもっと勉強し理解すべきかもしれません。

お礼日時：2009/10/02 07:44

No.38 回答者： moritan2 回答日時： 2009/10/02 08:56

> 人口的にでも作り出さない限り軌道半径の違う二つの衛星が同じ周回数を持っていることは天体ではありえない訳ですね。

いいえ、軌道半径が決まれば公転速度は物理的に決まってしまいますから、人工的に作ることもできません。

たとえば、人工衛星としてたいへん低い軌道の100km程度なら一周約１時間半弱(一周40000km、速度約秒速8kmだから5000秒)、約32500km上空の軌道なら一周24時間で静止衛星になる、というように決まっています。

この回答への補足

間違えました秒速約約３０００ｍですね。。＾＾；

補足日時：2009/10/03 10:42

この回答へのお礼

軌道により速度はすべて決まってしまうということですね。静止軌道だとおおざっぱにみて秒速460ｍくらいまで減速してるんですね。有難うございました。

お礼日時：2009/10/03 09:47

No.39 回答者： nananotanu 回答日時： 2009/10/02 12:58

#33です。

>この場合上昇すると言ったのは地球方向に射出した物体のことですか？
>それともその物体を射出した側の物体のことでしょうか？


30000kmの、静止している物体"から"なら・

と、明記しておりますが。。。。

この回答へのお礼

書いてありましたね。すいません・・
ただ地球方向に射出したのにそれが一旦は上昇するというのが分からなかったのですが

お礼日時：2009/10/03 09:49

No.40 回答者： nananotanu 回答日時： 2009/10/02 13:01

#36です。

>そこから時速１０kmで地球の赤道にむけて物体を射出したとして
まっさかさまに落ちてもいいです。その場合でもその物体は横に移動しながら加速していくのでしょうか？


30に書いたとおりです。私には直ぐには分かりません(計算すれば出るでしょうが)。
計算して差し上げるほど暇ではありませんので、申し訳ないですがご自分で計算されて見て下さい。

この回答へのお礼

やっと理解できました。どんな速度で射出しても半径が小さくなるにつれて加速していってしまうということですね。長々とお付き合い有難うございました。

お礼日時：2009/10/03 09:52