教えてください。
(以下 正しい用語が使えているか 怪しいです。)

こども(小5)と話していて 「太陽の周りを公転していることはどうしたらわかるのか?」って聞かれました。

自転は フーコーの振り子で 納得させました。

公転は?

=============
もちろん 地球の表面にいてです。
こどもには、
「天体がチョー複雑に動いているなら 公転して無くてもよいかも。でも、合理的じゃないよね。でも、合理的じゃないだけでは 科学的な証明ではないから、地球の表面にいたら わかんないんだよ」
と 教えているのですが・・・。

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A 回答 (17件中1~10件)

「自転は フーコーの振り子で 納得させました。

」とのことですが、公転もフーコーの振り子を使うしかないと思います。

地球は太陽のまわりを365日で1周しますが、その間に公転の分も含め、366回転しています。

フーコーの振り子で検出しているのは”慣性座標系”に対しての角運動なので、(緯度による補正を無視すると)1日に366/365回転するはずです。
地球が自転だけで公転していないとすると、1日に365/365回転なので、そこに1/365回転の差が生じます。
フーコーの振り子で(しかも低緯度で)これだけの測定精度を出す実験が簡単に行えるかどうかは不明ですが、原理的には実証できるはずです。

この回答への補足

中途半端な質問に、時間を費やしていただきありがとうございました。

ご回答くださった方に優劣つけがたく。

「学校や塾では このような質問に答えてくれない。」とこどもは嘆いておりましたが みなさんのご回答を見せると うれしがっておりました。

また、バカな質問をすると思いますが よろしくお願いします。

補足日時:2005/02/20 17:48
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時:2005/02/08 16:05

公転の証明ということでしたら、年周視差と年周光行差で十分だと思います。

#13さんの振り子を使った実験もよいと思います。でも求められているのは公転の証明ではなく、科学の教育の方法だと思うので別の方法を考えてみました。

天体望遠鏡で木星を観察してみてはいかがでしょうか。それも、望遠鏡を購入するのではなく、望遠鏡を自作するとなおよいです。市販の望遠鏡自作キットを使えば、屈折望遠鏡でも反射望遠鏡でも、それなりの性能をもった物が作れます。木星を観察すれば、うまくいけばガリレイの発見した衛星(イオ・エウロパ・ガニメデ・カリスト)が見えると思います。観察を続ければ、衛星が木星の周りを回っているのがわかります。「星の周りを回っている星がある」という事実は、地動説を裏付けるものになると思います。証明にはなっていませんが。

私自身は、100円ショップで買ってきたレンズを使って、簡単な天体望遠鏡を組み立てたことがあります。さすがに性能はよくありませんが、実際に月が見えたときは感動しました。子供の頃だったらもっと楽しめたと思いました。実際に手を動かして物を作ったり、本に載っているようなことでも自分の目で再確認してみるというのは、とてもいい経験になると思います。

どこまでが理論の適用範囲なのかを 見極める力をつけてほしいという考えには賛成します。話がずれるかもしれませんが、例えば、一言で公転といっても、いろいろな考え方があります。地球が円軌道を回っているという考え方。もう少し正確に、楕円軌道を描いているという考え方。さらに、太陽の重力だけでなく他の惑星の重力も考慮する考え方。ここまではニュートン力学に基づいていますが、実際の軌道は厳密にはアインシュタインの一般相対性理論を使わないと説明できません。でも専門的な研究をするのでない限り、正確な軌道を使う必要はありません。また、天候や海流など、地球上のことを考えたかったら、地球の自転や公転を考えずに、コリオリの力などを使って説明すれば十分です。日常生活を送る上では天動説でもそれほど困りません。極端な話、たとえ地球が月の周囲を回転しているとしても、日常生活には関係ありません。このように、用途に応じて使い分けているというのが実情だと思います。

「科学は 物事を合理的に考えるツールのひとつ」という考えはその通りだと思います。これについては、カール・セーガンやアイザック・アジモフ、スティーヴン・ジェイ・グールドが書いた、一般向けのエッセイが参考になると思います。

#13の補足について。賢いお子さんですね。でも、ご指摘のものは「自転してないで公転のみ」の場合ではなく、「1回公転する間に1回自転している(自転の周期と公転の周期が等しい、地球と月の関係と同じ)」場合になります。

オッカムの剃刀は、~すべきである、というような行動原理ですから、仮説ではないし、証明するようなことでもないと思います。

この回答への補足

私は 月 のイメージで 1公転で1自転で考えてしまいましたが、こどもは そうではなく 1公転のみを考えました。(こどもは 月の 1公転で1自転は知ってます。)

補足日時:2005/02/08 16:01
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

望遠鏡は 上のこどもの時に いい加減に作りました。
(適当に材料を集めて)
これは 面白かったです。

>極端な話、たとえ地球が月の周囲を回転しているとしても、日常生活には関係ありません。このように、用途に応じて使い分けているというのが実情だと思います。

そうなんです!これ 結構重要なのかなぁーって考えます。新聞を読んでて「地動説をしらないことが悪いこと」って感じ取れたので。

オッカムは、「行動原理」として考えるとよいのですね!それを選択するかは「個人の意思」と言うことになりますね!(「科学的結論」もそうなんですが・・。)

お礼日時:2005/02/08 16:00

すばらしい教育を行っておられるようで感心させられます。



みなさんの話を読ませていただいた上で、自分なりの科学観ていうものを、書かせていただきたいと思います。お目汚しになると思いますので無視していただいてかまいません…

科学というものは、基本的には常に仮説でしかないわけです。常に新しい仮説が出される中、一般的に選択され、受け入れられている仮説が正しいとされるわけです。

オッカムの剃刀は、その選択を行う我々の方針の一つだと思います。

そして、科学的であるために大事なこととして、反証可能性というものがあると思います。科学的理論(仮説)は、観測や実験を行うことにより、否定できる可能性を持っている必要があるというものです。

例えば電磁気学にしても、いまだに観測結果によっては否定される可能性を持っています。

よくあるトンデモ科学などの多くは、この点で引っかかるものが多いですよね。理論に矛盾が無くても、それを反証する手段がない理論は意味が無いわけです。反証できない理論は、何も言っていないのと同じなわけです。

例えば、No14 さんが書かれているような、特別扱いを導入し続ける理論に対しても、この点から科学的じゃないということもできます。この理論は、修正を加えていく限り、どんなあたらしい天体(観測事象)も取り込める理論なわけですから、否定をすることが不可能なわけです。

これに対して、地球や他の天体が太陽の周りを公転しているというモデルの場合は、新たな彗星が現れるたびに、理論自体は常に否定される可能性を持ちながら、そのテストを潜り抜けて行くことになるわけです。

ちなみに反証可能性に関しても、問題が無いわけではないようですが、私は科学と非科学をわける大きな指標になると思っています。

シンプル(オッカムの剃刀)かつ、自分に厳しい(反証可能性がありながら、数々の反証に耐えている)っていうのが、科学的思ってことなんだよ~みたいなものが…

あ、あくまでも私の中の科学的というイメージですが…

こういったことが、教育として自然に伝えられると良いですよね。

なんだか何が言いたいのだか発散してしまっていますが…
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

「科学教?」に 染まって欲しくないんですよね~。
「科学は 物事を合理的に考えるツールのひとつ」として こどもに捉えさせたいんです。

お礼日時:2005/02/04 12:48

んー。

誰か書いてくれるかと思ったけど誰も書かないなあ。

「オッカムの剃刀」というのがあるんですよ。

簡単に言うと、質問者さんの「合理的じゃない」っていうのを別の言葉で言い換えただけなのですが。

地球が公転していなくて、他の惑星が地球の分も含めて周転円を描いて動いている、
というためには、地球が他の惑星と違う特別な星である必要があります。
(というか、そういう考えから天動説は始まっています)

でも、特別扱いすればするほど式は難しく、複雑になっていくんですね。

ところで、太陽には特別扱いするだけの理由があります。
太陽は、他の惑星と比べても極端に重いんですよ。
それは、天体観測していると地球以外の惑星が太陽を中心に回っているとわかる位に重いです。

引力は重さに比例しますから、その太陽を回らせている地球はもっと重い必要があります。
ところが、太陽より重くなると、今度は他の惑星が地球を回る必要がでてきて、
それは観測結果に矛盾します。

それとは別に、惑星を周転円の軌道においている原因もわからないままです。

これら矛盾が、地球も他の星と同様太陽の回りを公転していると仮定すると、
全くなくなってしまうのです。

そこで、
「現象を同程度うまく説明する仮説があるなら、よりシンプルな方を選ぶべきである」

となるのです。

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%83%83% …

この回答への補足

オッカムの剃刀の的な発想は こどもには よく説明しています。
「ひとつの簡単なことで説明ができるとかっこいい」
「この説明が 他のことも説明できたら 簡単でしょ」
みたいな感じです。

でも そうすると、
「なんでも ある理論?でつじつまあわせをしようとする」ようになるのも嫌なんです。
(私自身 経験ありなので・・。)

どこまでが その理論の適用範囲なのかを 見極める力をつけて欲しい。フツーの学校じゃ教えてくれないです。
OJT?じゃ無いですが 日常の会話の中から 身に付ける必要があると考えています。

補足日時:2005/02/02 21:14
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

オッカムの「仮説」ですね!

オッカムの剃刀 自体は (もちろんオッカムさんの思い付きではないですが・・。)証明されていないですよね。
(これ以上 難しすぎて 私では 議論できません。)

お礼日時:2005/02/02 15:19

 


 
>> 自転は フーコーの振り子で 納得させました。 <<

 慣性座標系は有りで、恒星は当てにしないという条件ですね。
日本に居ては複雑なので すっきりするように フーコー振り子を地球回転軸(北極や南極)の真上に持って行って観察しましょう。 振り子を 太陽の方向に真っ直ぐ振らせます。振り子は地球自転を無視して一定の方向に振れ続けるはずなので、
 もし、地球も太陽も その場を動かないで回ってるだけなら 振れの方向は 太陽を向いたままですね。
 もし、どっちか分からないけど 公転しているなら、振れの方向と太陽が ゆっくりゆっくりズレるはずですね。

 このように、公転が存在してるかどうかは 振り子(やジャイロ)と相手方との位相変化で 見分けが付きます。どっちがどっちを回ってるかまでは分からなそうですが。



 さて上記のことは全て正しいのでしょうか?
 
 

この回答への補足

「自転してないで公転のみなら 振り子の方向は変わんないじゃん」とこどもが申しておりました。

補足日時:2005/01/31 22:51
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

360度/(地球が公転する日数) 分 ずつ 振り子が毎日 ずれて行くって ことでしょうか?

わからないです。

お礼日時:2005/01/29 14:51

全然回答ではありませんが、今までの回答を順に見ていき、興味がわきましたので、投稿させて頂きます。


問題となるところは、結局、地球の公転の証明方法ではなく、物事を説明するときの(又は証明するときの)方法論なのではないでしょうか。
私自身は、天文学に明るくありませんので、地球の自転、公転の証明は、他の方々の方法で良いかとお思います。私が判らないのは、地球の自転についてフーコーの振り子で実験して、何故それで、納得してしまうのかということです。地球が停止し、天体が回転しているという前提にもとずき、「振り子のチョー複雑な運動」の概念を導入すれば、地球が停止していることの説明は付くのではないでしょうか。従って、物事を説明するときに、その理論で説明が付けば、それは真理といえるのではないでしょうか。従って、極論すれば、天動説も真理であり、地動説も真理ではないでしょうか。つまり、今の時点で正しいとされていても、後々、それは誤りであるとされることもあり得ます。従って、相反する両方の理論のどちらかをとるかは、本人の問題になると考えられないでしょうか。本人にとって、無理なく、自然に受け入れられるものが、(本人にとっての)真理になると考えます。

この回答への補足

「天文学」のカテゴリーではなく、
「教育問題」あたりに質問するべきだったのかもです・・。
今更ですが・・・。

補足日時:2005/01/28 20:01
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

他の方へのお礼の欄に書いた
>なので 真実はどうなのか は わからないですね。
>あくまで 「現在の科学での真実がわかってるんだよ」って 教えてます。

って 書きましたが それを 異なった考え方をしたものですよね。

======================
そーなんですよ。公転の証明ではなくて、「科学的考察とは何なのか」的な質問ですよね。
(公転は 一例です。)

メディアなどで 「地球が廻っていると思っているこどもが多い」など 話題がありますが、正確に「教育指導要領の範囲内での地球の公転が生徒に理解・定着していない」と書くべきで、「地動説を信じているこどもが多いのにびっくり!」では 正しくない表現と感じていて このような質問をしております。

メディア・有識者などは「自由な発想ができるこどもを」と言っているのですから、「天動説・地動説を正しく理解し、どちらが真実かは本人が合理性をどちらに見出せるかで決まる」と言うことになるんだと考えます。

纏まってませんね。申し訳ないです。

お礼日時:2005/01/28 17:16

>天体の動きが 「人類が計算できるかできないか」には 関係ないと思いますが・・・。



天体の動きについてはそうですが、
天動説と地動説の違いは「天体がどこを中心として動いているか」なので、
どこを中心とするかは人が決めていいんですよ。

ただし、ある場所を中心としたときに出てくる矛盾した動きを全て、
「チョー複雑な運動」として受け入れる必要があります。

この場合は、地球と太陽の重さの違いからほぼ太陽の中心にある重心を
地球の中心にあると仮定した際に出てくる差が、その「チョー複雑な運動」になります。

この回答への補足

ご回答してくださった皆様へ

ありがとうございました。

科学哲学?的なことをきちんと考察したことがないので、小学生のこどもの質問で、「科学的認識」の根本が グラッときてしまいました。

なんとなく 考えが まとまってきました。

補足日時:2005/01/28 08:53
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

なるほど 人が決めていいんですか!
「矛盾」も 人が考えて「矛盾」してるわけですよね。
人間原理的発想なのでしょうか?

自分で 何を書いているか わかんなくなってきました。
===========================
化学系の博士号を持っているのですが、今更 こんなことで わからなくなっている自分が情けないデス。

お礼日時:2005/01/27 18:40

地球が止まっていて、他の天体が動いているという考えもありますよ。



たとえば、自転についても、「コリオリの力」というのがあります。
これは、地球が(自転せずに)静止していると考えたときに
自転によって起きる力をみかけの力としてあらわしたものです。

同様に、天動説の中でも最後まで残ったティコ・ブラーエの説だと
おっしゃる通り、チョー複雑に動いているようにすれば矛盾は生じません。
(参考URLにそれを見られるツールがおいてあります)

要は、地球の動いている分を他の星に肩代わりさせるわけです。

空に、太陽と月と火星、金星、木星、土星あとはひとからげでその他の星くらいしかなくて、
さらにそれぞれが円を描いて回っているのであれば、
これでぎりぎり矛盾のない説明ができます。

普通の生活ではこれ以上の星は必要ないし、円だろうが楕円だろうが感じないので、
この範囲までなら天動説でもいいのです。

ところが、彗星を始めとして明らかに楕円運動をしている星が
どんどん見つかって(惑星の多くもそうですね)、
木星の衛星なんかも望遠鏡の発明で発見されて、
この方法での説明(地球の動きを全て肩代わり)が難しくなっていったのです。

「天動説だと惑星の動きの計算が出来ない」くらいに天体観測の精度が上がっちゃったんですね。

難しい言葉で言うと、座標の取り方の問題です。
自転の方で言えば、気象予報の計算なんかは、
地球が自転していると考えても「コリオリの力」があると考えても同じことなので、
計算が簡単な「コリオリの力」で考えてますね。

参考URL:http://kakuda.ed.niigata-u.ac.jp/semi/java/progr …
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

>「天動説だと惑星の動きの計算が出来ない」くらいに
ん~ 天体の動きが 「人類が計算できるかできないか」には 関係ないと思いますが・・・。
人類が居ても居なくても 天体は動いているので・・・。

お礼日時:2005/01/27 13:43

No.5です。



No.7は生煮えの回答なので,無視して下さい。

年周視差と年周光行差とで,星が天球上を動く軌跡の位相が90度ずれているため面白そうに思えたのですが,プトレマイオスの周天円と同様,二つの周天楕円の組み合わせを作るだけなので,任意の複雑な動きの可能性を,他の物理理論やパラメータとの整合性考えることなく仮定する場合には,何の説明仮説にもなっていませんでした。

失礼しました。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時:2005/01/27 13:39

小5である事に注目します。



地球儀(ボール)を持って春夏秋冬で説明します。
北緯の説明、
太陽の高度説明、
何故南、北回帰線があるのか、

小5に証明は不要です。
むしろ困惑してしまいます。

質問を理解させ、更に疑問を持たせる(育てる)
これが教育と考えます。

天体運動、振り子運動は、実証に数ヶ月かかりる。
数メートルの糸が必要になり、
現実的ではありません。

「見せて^^」
この質問には答えられない現象です。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

フーコーの振り子は 2mのピアノ線で夏休みに実験しました。自転の現象の説明ですから 1自転で 帰結します。(低緯度ほど 動いてはくれませんが・・・)
→できる範囲で 結構実験してます。
============
確かに 星の動きは 実験ができないです。
なので 真実はどうなのか は わからないですね。
あくまで 「現在の科学での真実がわかってるんだよ」って 教えてます。

お礼日時:2005/01/27 12:51

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地球の傾きについては無視してもそんなに問題ありません。おおめにみれば傾いていないと思ってください。

慣性ってありますね。動いてるものは、ほかの力が加わらなければそのままの向きで動き続ける。これはもう確認されているとしていいですね。

振り子のおもりも、ふつう同じ向きに行ったりきたりしますね。おもりが静止する位置を0の点とします。おもりを南側に引いて放すと、おもりは0の点を通って北側に振れて、また0の点を通って南へ戻ってきます。(振り子が重力で振動する理屈は省略。)

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Qフーコの振り子って・・・

学生時代に、少し習った記憶があるのですが、
いまいちよく分かりません・・・
詳しい方・・・是非分かりやすく教えていただけると
嬉しいです!

私の認識では、
フーコという人が、地球の自転を証明するのに、
振り子を高いところからつるして、振り子の「振る」向きが
時間とともに変わるのは、振り子の向きが変わったのではなく
地球が自転している、ということの証明として、説明したものだと
認識していたのですが、これで間違いないでしょうか?

また、このフーコの振り子の原理というか、仕組みというか・・・
そういったものを、小学生くらいの子供たちに、分かりやすく
説明する方法はないものでしょうか・・・

Aベストアンサー

> フーコという人が、地球の自転を証明するのに、
> 振り子を高いところからつるして、振り子の「振る」向きが
> 時間とともに変わるのは、振り子の向きが変わったのではなく
> 地球が自転している、ということの証明として、説明したものだと
> 認識していたのですが、これで間違いないでしょうか?

tak-m さんの認識されているとおりです.
フーコでなくてフーコーと普通呼んでいます.
フーコー(J. B. L. Foucault,1819.9.19-1868.2.11,理化学辞典による)
はフランスの物理学者.
フーコー振り子の他,光速の測定や渦電流の研究で有名です.

簡単に言いますと,振り子の振動面は不変ですが,地球は24時間で1回自転します.
我々も建物も地球に固定されていますから,
我々から見ると振り子の振動面の方が回転するように見えるわけです.
振り子の支点には多少工夫が必要で,どの方向にも振動できるようにする必要があります.
また,空気抵抗ですぐ止まってしまうと振動面の回転が見えませんから,
長い振り子で重いおもりの必要があります.
振り子が長いとおもりの運動がゆっくりで,空気抵抗が少ないというわけです.
平凡社の世界大百科事典を見ますと,
「フーコーは長さ67mの糸に28kgのおもりをつるして実験をしたと伝えられる。」
と書いてあります.

単純に考えますと,地球が24時間で1回転しますから,
1時間あたり 360÷24 = 15 [度] の割合で回転しそうです.
北極に振り子を置くと確かにそうで,
北極の上方から見ると1時間に15度の割合で時計回りに振動面が回転します.
北極以外ですと,振り子の振動面はいつも地球の中心を含むような面ですから,
地球の回転軸と振り子の振動面はある角度を持つことになります.
ここらへんをきちんと扱うと,振動面の回転角度は1時間あたり 15 sin λ 度
であることを導くことができます.
λはその地点の緯度.
したがって,赤道(λ=0)では振動面の変化はなく,
北極(λ=90゜)では1時間あたり15度になります.
南半球では回転方向が北半球の場合と逆になります.

15 sin λ 度 をきちんと導くには力学の回転座標系とみかけの力(遠心力,コリオリ力)
などの知識が必要です.
理工系大学1年程度の力学のレベルですが,最近学生のレベルが下がり,
1年生の授業ではなかなかそこまで行きません.
そういうわけで,きちんとした議論は小学生には無理ですが,
「振り子の振動面は不変で,地球の方が回転しているから,
地球に固定されている我々から見ると,振動面が回転しているように見える」
くらいで十分ではないでしょうか.
もしかしたら,「1時間に15度の割合ですか?」と突っ込んでくる鋭い
小学生もいるかも.

有名なところでは,東京上野の科学博物館に実物があります.
あと,姫路科学館にもあるという話を聞いたことがあります.
他にも○○科学館のようなところにあるかも知れません.

> フーコという人が、地球の自転を証明するのに、
> 振り子を高いところからつるして、振り子の「振る」向きが
> 時間とともに変わるのは、振り子の向きが変わったのではなく
> 地球が自転している、ということの証明として、説明したものだと
> 認識していたのですが、これで間違いないでしょうか?

tak-m さんの認識されているとおりです.
フーコでなくてフーコーと普通呼んでいます.
フーコー(J. B. L. Foucault,1819.9.19-1868.2.11,理化学辞典による)
はフランスの物理学者.
フーコー振...続きを読む

Qフーコーの振り子の模型を作りたい!

 こんにちは。先日、日本一大きいフーコーの振り子を見たのですが、自分で模型を作って、それを自由研究に(テーマがころころ変わるなぁ)しようと思っています。
 出来れば2mほどの(糸の長さが)を作りたいのですが、一番よく分からないのは、支点(一番上の固定する部分)をどんな形にするか、です。福済寺(フーコーの振り子があるところ)の方は「難しい装置」とおっしゃっていましたが、昔、「フーコーの振り子を作ったよ!」という記事があったような気がして・・・
 
 素人では出来ないのでしょうか?材料、作り方、観察法法などを詳しく(出来るだけ簡単に)教えていただけると幸いです。

 どうか、ご回答をお寄せください。

Aベストアンサー

 2mでもできるよ。フーコー自身も最初は室内の小型で実験していたのをよく調べたね。フーコーがあんなに超大型を作ったのは、貴族や裕福層にアピールする目的が大きかったのです。
あんな超大型にして観測精度が向上したかと言えば、実は駄目だったのです。
 しかし見せ物としての効果は絶大だった。フーコーは自己アピールや世渡りが上手だった事で歴史的に有名です。その後、パトロンに見せるために、振り子をあきらめてジャイロスコープに変えたけど、やはり良い結果は出ないまま終わったのです。このあたりは一般には知られてないけど。

 大型の振り子でも、振動はどんどん減衰します。大きくても朝に動かしたのが夕方まで続くわけが無い。
それをおぎなうために電磁石が使われている。

 教材の実例を見よう。
http://search.12rikachan.com/cgi-bin/lookup?type=teacher&method=list&id=109223043522114&sid=109223043522114&sequence=1&page=0&operation=clearpush&keyword=%83t%81%5B%83R%81%5B&price_min=&price_max=&x=0&y=0
 この、フーコー振り子 FF-88T という名前のところを左クリック。
この振り子の長さは1mです。値段がすごいのは理科教材だからなんだけど、電気時計の電子回路が使われてる。これを知らないで作るアマチュアは挫折するみたいです。
君にもこれが壁だと思う。

 試算をしてみると、
長崎市は北緯32度。振り子が1日に回る角度は、360×sin32度=191度。1度うごく時間は1日÷191=(24×60分)÷191=7.5分。 振り子2mの周期は2.8秒。だから約160回振れて1度動く。自然のままの振動は数百回も続かないよね。

支点は、ナイフエッジという方法です。天秤などで普通に使われてるので検索してください。支点の機械摩擦で精度が決まります。自作は無理なのでジャンクから流用するしかないです。君が工作が得意かどうかによるね。

 まとめると、振動の減衰は電子回路でクリアーできる。(アンティークショップによくある数十年昔の、振り子式「電気」時計と原理は同じです。)そして精度は電子回路と支点の両方で決まる。大きすぎて重いのは支点で苦労する。しかし、展示で見栄えするのは巨大な振り子。それはオブジェ的な価値だ。


 フーコーの歴史。
http://www.calacademy.org/products/pendulum/
 最初のページの途中、
Mark II Foucault Pendulum: Mark II Pendulum Specifications (1.0 MB PDF updated 08/10/2004)
に、フーコーの大型マシンの詳細のpdfファイルがあります。円環型の電磁石が、ロープの途中にある鉄円盤を、近付いたときに少しの時間だけ電気を通して、引っ張っています。つまり巨大な電気時計だったのです。そしてこの時代、その電気的な精度が壁だった。

 君にお進めしようか、と思うのは、理科教材サイトの「製作中止 フーコー振り子実験器 A 」なんだけど。
じつは僕が高校の頃「緯度によって回る角度が異なる」のがどうしても理解できないときに、これと同じ、板にピアノ線立てて重りを付けただけの模型を作ってもらって、すごい分かった気分になったやつなんです。おんなじ物が商品になってるんでびっくりした。
 天文とは少しちがい?かもだけど、見る人が見れば立派に天文の分野だと思うんだ。計画して、材料買って、作って、レポート書いて、他の課題もあると思うんで、時間的に丁度かも。

 2mでもできるよ。フーコー自身も最初は室内の小型で実験していたのをよく調べたね。フーコーがあんなに超大型を作ったのは、貴族や裕福層にアピールする目的が大きかったのです。
あんな超大型にして観測精度が向上したかと言えば、実は駄目だったのです。
 しかし見せ物としての効果は絶大だった。フーコーは自己アピールや世渡りが上手だった事で歴史的に有名です。その後、パトロンに見せるために、振り子をあきらめてジャイロスコープに変えたけど、やはり良い結果は出ないまま終わったのです。このあ...続きを読む

Q地球が自転をする理由を教えてください。

宇宙が誕生したときから回っていたのでしょうか。
もしそうだとしたら、宇宙は回転してるのでしょうか・・・・?
更に発展して考えると、星はすべて同じ方行に回転してるのでしょうか。。。。
このあたりの知識はほとんどないので、的外れなことを言っていたらすいません。
どなたか教えてください。

Aベストアンサー

 
何故「地球の自転」が始まったのか、天体力学的な説明をしていませんでした。正確にどういう過程であったのか、おそらく推論とシミュレーション計算しかないだろうと思いますので、ここで、推論による自転運動の開始を述べてみます(これは重力による形成を考え、原始星雲間ガス雲の圧力機構や、ガス雲の磁場などは省略しています)。

少し難しいかも知れませんが、回転モメントとは何かとか、どうやってそれが得られるのか、というのは、きちんと書いた方が、たとえ分かりにくくても、イメージとして妥当なものとなるはずです。

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最初に、太陽の自転や、太陽系の惑星の公転が何故起こったのかの説明をします。先の参考URLに記されていることですが、太陽と太陽系は、同じ起源で、同じメカニズムでできあがります。

つまり、太陽を含め、標準的な星は、かなりな空間に広がった、濃密なガスの雲から生まれます。大体、数百光年ぐらいか、もう少し小さい範囲に、この「星雲間原始ガス雲」は広がっています。

太陽ができるためには、或る程度安定状態にある、この広い範囲に一様に広がっている原始ガス雲に対し、何かの「刺激」が加わって、密度に濃淡ができ、この濃い部分から、星つまり、太陽の原始的なガス雲が発達するとされています(別の説明もあります)。

この「刺激」として、一つの説に、超新星爆発で起こる「重力衝撃波」が考えられています。重力衝撃波は一様なガス雲に衝突し、抵抗を受けて、ガス雲の密度に偏りを与えます。これが、或る広い空間内で、一斉に多数の星がほぼ同時的に誕生する理由ではないかと考えられています。

密度に濃淡ができると、濃い部分が、重力的に次第に収縮して行きます。これらは、段々、球に近い形の大きなガスの雲になり、その中心部は、特に密度が濃くなり、この部分がやがて、太陽あるいは恒星本体になります(収縮過程で、「連星」が造られることが多いのですが、以下は、惑星系を備える太陽のような星の形成です)。

ここで、球の形に広がった原始太陽系ガス雲を考えます。もし、このガス雲が、中心の前原始太陽の中心を点中心として、完全に点対称に分布していた場合、ガス雲は重力で収縮して、やがて、太陽・恒星になります。ただし、この恒星は、自転もしていなければ、惑星も備えていません。

こういうことは、実はありえないことなのです。

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問題を簡単に考えるため、「二体問題」という天体力学の問題を考えてみます。これは、二つの天体しかなく、両者が、重力で引き合っているとき、どういう運動になるかという問題です。

どこかでスタート時点が必要なので、スタートを決め、スタート時点で、この二つの天体は速度を持っていないとします。つまり、静止状態から、重力による引力作用の運動が始まるのです。

この場合の答えは、二つの天体の重心を結ぶ線に沿って、直線方向に二つの天体が接近して行き、最後には、衝突するという運動になります。実は、この運動の仕方が、上で述べた、原始太陽系ガス雲が、完全に点対称に均一に分布している場合に当たります。

一般には、二体は、スタート時点で、それぞれ速度を持っています。自由な方向に向け、ある大きさの速度運動を行っているのが普通です。この天体二つについてのそれぞれの速度と、天体のあいだの距離、天体の質力を、初期境界条件と呼びます。

二つの天体の運動は、初期境界条件によって、変化します。しかし、大きく分けて三つの運動になります。一つは、直線軌道を辿ってストレートではありませんが、互いにぐるぐる周り合ったりした後、結局、衝突するという運動です。

もう一つの解のタイプは、二つの天体が、楕円軌道を相互に描いて、互いの周りを回り合うという運動です。この運動、つまり、楕円軌道での回転運動は、何か余計な別の第三の天体とか、空間の塵の抵抗などがない限り、原理的に、永遠に、この楕円回転運動を続けます。

第三の場合は、初期条件の速度が大きい場合で、この場合、重力の力よりも、速度運動の方が大きいので、二つの天体は、一時近づいても、やがて離れて行きます。この第三の場合は、初期ガス雲の収縮では関係がありませんので無視します。

実は、衝突に結果する、初期条件というのは、難しいです。二体問題では、楕円軌道での回転運動に到達するというのが、きわめて一般的な答えです。

(ただし、これは、二つの天体が、同じぐらいの質量を持つ場合です。太陽と彗星のように、桁違いの質量を持つ二つの天体だと、軽い方の天体が、ある程度の大きさの初期速度を持たない場合、放物線軌道を描いて、太陽と衝突します。太陽と衝突もせず、楕円軌道にもならない場合……これは、天体が最初に大きな速度エネルギーを持っていた場合です……、双曲線軌道を描いて、軽い天体は、永遠に太陽から離れて行ってしまいます。この話では、こういうケースは、除外して考えています)。

同じぐらいの質量の二体問題では、二体の運動は、(初速エネルギーが小さければ)もっとも普通には、楕円軌道になるということを上で述べました。楕円軌道とは、円軌道もその一種、特殊な場合で、これは、二つの天体が、相互に公転し合っていることで、天体システム全体としては、回転モメントを得たことになります。

回転モメントというのは、質量ある物質が回転している場合、それを止めようとすると、力がいることからも分かるように、ある「慣性に似た力」を持っていることです。回転モメントがあると、これを減らす力が働かない限り、何時までも回転運動は続きます。

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そこで、原始太陽系ガス雲に戻ると、ガス雲は、重力で、中心に収縮して行きます。中心の方向に引力があるので、引力に引かれて、ガス雲は、直径が段々小さくなって行くのです。また、中心部分の密度は、加速度的に大きくなって行きます。

ここで、コンピュータ・シミュレーションで数値計算でもしないと分からないのですが、収縮する原始ガス雲は、決して綺麗な点対称ではなく、部分部分で密度などに偏りがあるということがあります。

こういうガス雲が収縮して行くと、どうなるかと言いますと、ガスを構成する宇宙塵の大きさはほぼ同じぐらいで、局所的なガス団の大きさも似たようなものなので、先に述べた、二体運動の一般的な解の運動になります。

つまり、楕円軌道を描く、回転モメントを持つ運動になるのです。しかし、原始ガス雲は、三次元に広がった、大体球形をした非常に多くの微粒子の集合で、二体問題とはまた違います。

そこで、ある粒子群は、二体運動の解のような運動に近づいて行き、別の粒子群も同じような運動に近寄って行くという過程が考えられます。これはどういうことかというと、「ガス雲が回転運動」を始めるのですが、回転面が必ずしも一つではなく、回転方向も、360度の自由な方向で、一方向とは決まっていないということです。

しかし、こうした、回転面の異なる回転運動傾向は、互いに相互作用し合って、次第に、統合されてきます。方向の違う回転運動は、その中間値の方向になり、最終的に一種類の回転運動になると考えられます。

違う方向の回転運動が相殺し合って、回転がゼロになるという可能性はあるのですが、それはきわめて珍しい事態だと考えられます。実際は、数値シミュレーションをしないと、どうなるか分かりませんが、こういうシナリオに従うはずです。

非常に大きな直径で、一つの回転面でガス雲が回転運動をし、同時に中心に向かって収縮して行くと、元は、球形をしていたガス雲が、形を変えて、回転面にほぼ載った、円盤型のガス雲となります。この円盤は、そして回転しており、収縮につれ、円盤の大きさが小さくなればなるほど、回転速度は速くなって来ます。

やがて、中心の非常に濃密なガス雲の塊は、もの凄い質量の塊となって来て、これが原始太陽となります。

円盤のガス雲はますます平たくなって来て、中心の原始太陽の周りで、公転軌道を描くようになります。無論、その他にも、もっと希薄なガス雲が、原始太陽をはるか離れた距離に、残されたような状態で存在しています。

この頃には、ガス雲は、冷却と、重力で、近い距離のものが、衝突し合い、まとまって来て、直径数十キロメートル程度の微小天体(微惑星)になります。しかし、固体化しなかったガス雲は、太陽系のなかで、安定した円盤となって存在し、これが、微小天体の原始惑星への成長を促進します。

微小天体は、公転軌道を回る内に、衝突し合って、段々大きな天体ができて来ます。これらの原始天体は、公転軌道のある距離を置いて、代表的に形成されて来ます。これが、原始水星であり、原始金星、原始地球、原始火星などです。

木星や土星は、地球などとは、少し異なる生成のされ方をするのですが、ここまでで、太陽系の惑星系の公転の原型ができたことになります。太陽は無論、回転の中心ですから、公転方向と同じ方向に自転していて、やがて、内部で原子反応が生じ、これまでの重力陥没による熱発生とは違う原理のエネルギーで輝き始めます。

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原始太陽系は以上のようにできます。

この時点で、各惑星、例えば、原始地球には、未だ自転運動がないものとします。今までの話では、どこからも、惑星の自転に必要な回転モメントは提供されていないからです。

原始地球は、その重力で、近くの軌道の微小天体を徐々に引き寄せ、落下させ吸収し、大きくなって行きます。

この際、原始惑星ほどの質量になると、太陽系にあるガス雲を重力で引き寄せ、かなり大きな「ガス大気圏」を造り、このガス大気で、微小天体を失速させて捕捉するという過程が、重力的な捕捉以外のプロセスとしてあります。

原始金星の重力の取り分の微小天体、原始地球の取り分、原始火星の取り分と、それぞれ微小天体は、その公転位置によって、近い方の原始惑星にやがて取り込まれることになります。

この過程で、原始地球の公転軌道より、外側の軌道にある、同じ質量と、同じ距離、離れた、二つの微小天体が、原始地球に引き寄せられ、原始地球に落下することを考えます。二つの微小天体は、分かり易いように、原始黄道面で運動するとします。

この場合、原始地球が仮に静止しているとします。地球と微小天体のあいだの相対運動で、原始地球の方が圧倒的に質量が大きいからです。

二つの微小天体は、公転の進む方向、前にある天体と、その反対の後ろにある微小天体です。原始地球が静止しているとすると、地球より外側の軌道は、公転速度がより遅いので、同じ瞬間に地球へと、衝突軌道を進み始めた二つの微小天体は、公転の速度の違いで、異なる軌道を描いて、地球の表面に衝突します。

前の微小天体は、「原始地球引力による速度+公転速度の差」で、原始地球に衝突します。後ろの手微小天体は、「原始地球引力による速度-公転速度の差」で、原始地球に衝突します。見かけ上では、前の微小天体の方が激しく地球に衝突し、結果的に、地球を、太陽系公転の逆方向に回転させるように見えます。

しかし、これは衝突速度だけを考えた場合で、衝突軌道を考えると、前の微小天体は、より鋭い楕円軌道を描き、太陽系の外に向けた地球の表面にではなく、もっと、公転方向の前進方向当たりに、垂直に近い形で落下衝突します。

それに対し、後ろの微小天体は、ゆるやかな楕円軌道で、太陽系の外に向けた地球の表面近くで、地面に平行に近いような形で、落下衝突します。

前の微小天体の落下は、速度は大きいですが、落下位置と角度から、偶力としての力は弱く、むしろ、後ろの微小天体の落下の方が、速度は小さくても、落下位置と角度から、地球を公転と同じ向きに自転させる偶力として作用するように見えます。

これは、様々な軌道の微小天体について、前と後ろで、結果的に、どちらの回転モメンタムの寄与が大きいのか、計算してみないと分かりません。しかし、直観的には、少々の速度があっても、回転偶力として作用しにくい前の微小天体の衝突は、後ろの微小天体の衝突の影響に消されるように思えます。

原始地球よりも、内側の軌道にある微小天体の衝突落下では、丁度、これと逆のことが起こります。原始惑星の持つガス大気が、この衝突運動を緩和しますが、それは、前向き、後ろ向きの微小天体共に働く影響です。

原始地球を、公転と同じ向きに回転させようとする偶力と、その反対の方向に回転させようとする偶力と、全体としてどちらが大きくなるかは分かりませんが、「均衡する」という可能性はまずありません。

外側の軌道にある微小天体の数が圧倒的に多いためか、また、ガス雲が、はるか外側から、引力圏内に、微小天体を供給するためか、結果としては、地球は、公転と同じ方向の自転モメントを得ています。

いずれにしても、このシミュレーションは、どの惑星でも成り立ち、公転と同じ向きに回転させようとする偶力が、総和として大きくなるのだと考えられます。

これが、原始地球、そして最終的に、惑星地球が、公転と同じ向きの自転の回転モメントを獲得する過程です。この過程は、原始地球が形成される初期にも、ありえると考えられます。

しかし、最終的に、微小天体(微惑星)の衝突によって、自転モメントを地球は獲得し、また、諸惑星も同様の機構で、回転モメントを獲得し、公転と同じ向きに、自転するのだと考えられます。
 
 
超新星爆発のエネルギーは、最初に述べた、星雲ガスの収縮の起動となる、衝撃波を造ることと、実は、星の誕生の源である、星雲間ガス雲の存在が、超新星爆発エネルギーと密接に関係しているはずです。

太陽系を造ったガス雲には、超新星爆発でしかできない重元素が最初から含まれていたのですから、この星雲間ガス雲の起源は、超新星爆発に遡っていることは明らかなのです。
 

 
何故「地球の自転」が始まったのか、天体力学的な説明をしていませんでした。正確にどういう過程であったのか、おそらく推論とシミュレーション計算しかないだろうと思いますので、ここで、推論による自転運動の開始を述べてみます(これは重力による形成を考え、原始星雲間ガス雲の圧力機構や、ガス雲の磁場などは省略しています)。

少し難しいかも知れませんが、回転モメントとは何かとか、どうやってそれが得られるのか、というのは、きちんと書いた方が、たとえ分かりにくくても、イメージとして妥当...続きを読む

Q天動説=公転の証拠

 新聞記事で小学生の4割が地動説を信じているというのを見て不安に襲われました。

 小学生ぐらいにも判る「天動説の目で見て分かる証拠」ってなんでしょうか。

 例えば、地球が丸いのは海っぺりに連れていって、船が下から見えなくなるのを見せれば分かります。自転はフーコーの振り子を見せて、5円玉で実演すれば分かる気がします。
 こういったもので(特別な観測機器を使わないで)納得できるものは何でしょうか。御教示下さい。
 

Aベストアンサー

工学部に所属する大学生です。
天動説と地動説が逆なのは、No.1,2さんの通りだとして、天動説と地動説の違いは「公転」にあります。地球が太陽の周りを回っているとするのが地動説で、太陽が地球の周りを回っているとするのが天動説です。

No.2さんがおっしゃっているように、火星や金星の動きが天動説だと確かに説明しにくいのですが、「説明しにくい」だけで、天動説はありえないことの証明にはなっていないようです。なぜなら、火星や金星の動きが説明しにくいというは、天動説でも「それらの星の回り方が複雑なだけで回っていないという証拠とはいえない」という理屈が通るからです。

http://www.h3.dion.ne.jp/~jtpage/exclaim2/religion/colombus.htm

このページでは光行差も証拠になっていますが、何かの本で、最終的には「年周視差」が決定的な証拠とかかれていたのを覚えています。地球が太陽の周りを公転しているとすれば、夏と冬では位置が違うので、地球から星を見たとき観測角度がずれるはず、というものです。
というわけで、厳密に体感で納得できるものは、難しいと思います。もっとも、年周視差の概念はわかりやすいので、そういう現象があるのだ、と教えれば小学生でも理解できると思いますが。

工学部に所属する大学生です。
天動説と地動説が逆なのは、No.1,2さんの通りだとして、天動説と地動説の違いは「公転」にあります。地球が太陽の周りを回っているとするのが地動説で、太陽が地球の周りを回っているとするのが天動説です。

No.2さんがおっしゃっているように、火星や金星の動きが天動説だと確かに説明しにくいのですが、「説明しにくい」だけで、天動説はありえないことの証明にはなっていないようです。なぜなら、火星や金星の動きが説明しにくいというは、天動説でも「それらの星の回り方が...続きを読む

Q太陽は自転していますか?

地球は自転しながら公転していますが・・

太陽は不動のままですか・・

それとも自転はしていますか・・?

Aベストアンサー

太陽は自転していますよ。
黒点って知ってますか? 太陽の表面に観測される黒い斑点のことなのですが、しばらく観測を続けていると、こいつが動くわけですよ。
そこで人々は、太陽は自転していることに気がついたわけです。

しかも黒点は、太陽の中心近くにあるときは比較的、丸く見えるのに対し、太陽の端にあるときは、つぶれて見えるんですよ。
そこで、太陽の形(それまで、球形なのか“せんべい”みたいな円盤型なのか議論がなされてました)は球体であることも発見したわけです。

Q年周視差と年周光行差の違いについて

現在、受験勉強中なのですが、

年周視差と年周光行差の違いが何度読んでみても
イメージしづらいです。

どなたかわかりやすい解説をしていただけませんでしょうか?

Aベストアンサー

年周視差のアナロジーは「車に乗って動いていると, 近景が遠景に相対的に動く」というもので, 対象までの距離によって大きさが変わります.
一方, 年周光行差のアナロジーは「雨が降っているときに歩いていると傘を斜めにささなきゃいけない」というもので, その大きさは対象までの距離に依存しません.


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