山峡ダムからの排水によって推力が発生しますよね？

Question

この推力は地球の自転に影響を与えますか？
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
世界最大級・中国「三峡ダム」
https://www.youtube.com/watch?v=_2lU3D1t8lI

yos1912 · Accepted Answer

電車の例では、電車の質量が大きすぎて実際の速度の遅れは感じられないのでわかりにくいのかも。もっと軽い台車とか、ころに乗せた細長い板、動力の切り離されたベルトコンベアなんかで考え方がよかったですね。

質問文の中で一番ひっかかっているのは、推力と着地したときの減速力があわさって実質上地球の回転に影響を与えないのではということなのでしょうか。一つ抜けていることがあります。推力で加速されてから、着地で減速されるまでの間にほんのわずかですが地球は通常とは違う速度で動かされています。同時に起っているのでわかりにくいと思いますが、パチンコ玉を連続して放出しているとしてここのパチンコ玉で考えるとどうなるか想像できると思います。
　実際には(角)運動量で計算できる値になります。角運動量は、回転方向以外の力では影響を受けません。例えば垂直に落下する水はその例です。三峡ダムは南西方向に放出していますから南北方向成分も自転速度に影響しません。ただ、自転軸を揺らす力(歳差運動)には影響します。といっても北極点の位置が目に見えて(２０度なんてあり得ない)ずれるということはありません。普段でも、精密に測量してやっとわかる程度のずれしか起こってません。

ところで、いろいろ考えているといくつか悩むことができてきます。補足にある台車の水槽の例でいくと、水槽の水がなくなるとどうなるのでしょう。ダムの水はどこかから供給されているはずですね。
　太平洋高気圧を回り込む風に運ばれているとしたら、どこかから西向きに運ばれているところがあります。流れていくのと同じ量が運ばれていますから、運動量でいえば同量になります。つまり、供給する流れと川の流れによる地球自転への影響は相殺されて０になります。厳密に言えば、低緯度ほど慣性モーメントが大きくなりますから、供給する流れの影響の方がほんのわずかですが大きくなります。言い換えれば、ダムの放水によって地球自転に与える影響は逆方向という事になります。そうではなう(気象学でいう)偏西風に流されてきたとしたら、長江の流れと同じ方向になります。

ちなみにこんな文章もありました。どこまでをどのように考えて計算したのかはわかりませんが。
https://news.yahoo.co.jp/expert/articles/4d531d8eecfe0bc1a6ec9c0085083992aacd58c2

wellow · Answer

＃８

＞直感で人類の未来を決めてはいけませんよ。それでは占いと変わりません。

未来なんか決めてません。
計算するにも多くのパラメタが作用するし、そんな手間をかけれる立場でもないので、観測で得られた値を上限とし、その範囲内で影響を考慮すると、こういう回答になるわけです。

トンデモエセ科学の都合のよいところの切り取りは占い以下ですが、それとは全く違います。

tknakamuri · Answer

No.11 補足コメント
→ 山峡ダムには車輪はついてないので駄目ですね(^^;

No.12 補足コメント
→ 放水が地球の外、つまり宇宙へ放出されないと駄目ですね。
海に放水が着水すると逆にトルクは働いて相殺されてしまいます。

いずれにしても河の流れによる効果はダムの有無は関係ないです。
水の流れが「最終的に」どうなるかで決まります。
途中はどうでも良いのです(角運動量保存則)。

yos1912 · Answer

この問題は基本的にはyhr2さんがいうように運動量で考えるべきです。回転系では慣性系での運動量の変わりに角運動量を用います。ちなみに角運動量は自転速度ではありません。自転速度の物理量は角速度です。ただし、質量が変わりませんから自転速度は角運動量に相当させることができます。
　回転系で考えるとややこしくなる点がありますから慣性系で考えてみます。
電車が慣性の法則したがって走っているとします。その中を乗客が後から前に移動したとします。この時に電車の速度はどうなりますか。基本的に変わらないのは、電車と乗客の共通重心の移動速度です。乗客の速度は元の電車の速度＋乗客が電車内を前に進む速度になります。少しだけ大きくなりますから、これに質量をかけた運動量も多くなります。電車全体として運動量は変わりませんから、電車だけの運動量は減らさないといけなくなります。見かけの電車の速度は遅くなります。

核の運動による地球の自転速度を考えてみます。地球全体の系と個別の系にわけて考える必要があります。核の自転があるからといって地球全体の角運動量(自転速度)は変わりません。なぜなら角運動量は保存されるからです。核の自転によって核の角運動量が大きくなったとすると、それを埋め合わせるように地表を含む核以外の地球の運動量は少なくなります。地表もそれに合わせてゆっくり回転しますから、地球の自転速度が遅くなったようにみえます。繰り返しいいますが地球全体の角運動量は変わっていません。
　考えないといけないのは角運動量ですが、運動量の感覚をもちいて代用してもよさそうです。

三峡ダムの場合を考えてみます。ダムの放水によって上流側の水が下流側に移動するわけですから、これは電車内を移動する乗客と同じと考えることが出きます。東側に放水するとしたら、ダムの水を除く地球の運動を西側に加速させます、その結果自転速度が速くなるようにみえます。
　ところで、長江の水は基本的に西から東に流れています(とりあえずこうしておきます)。だとすると、これは乗客が電車内を列を作って移動していることと同じになります。一人だけ移動するよりも影響が大きくなるのがわかりますね。
　三峡ダムの放水による影響を考えるのは、電車の２両目と３両目の間を通過する乗客の影響だけを考えていることと同じになります。つまりダム放水による自転への影響は、長江の流れに比べたら微々たるものといえます。

ところで、どれくらい自転速度に影響が出るか知りたいところです。計算は面倒なのでしません。何か見積もれるものがないか探してみます。
　現在、地球の自転周期はごくわずかですがふらついています。一般的には地球潮汐の影響で遅くなっているといわれています。そのために数年前までは原子時計からの遅れが積み重なって、時刻のずれが生じ、時々閏秒を挿入していました。ところがここ数年閏秒を入れていません(最近１回入れたかな)。これは地球の自転速度がほんのわずかに速くなったためです。その最大の原因と考えられているのは上空のジェット気流です。核は中心ちかくにあるので慣性モーメントが少なく角運動量への影響は小さくなります。
　閏秒を入れるのは前回挿入してからずれが１秒になったときです。２年ほどで１回入れていたものが全く入れなくてよくなったとして、２(約７００日)年で１秒短くなったとして計算します。１日あたりに配分すると１／７００秒になります。ふつう加速度は１秒あたりで計算しますから、μＳの単位になります。これよりも大きくなることはないかと。

pooh2016 · Answer

>例えば以下のヘロンのタービンですが、蒸気発生器を「球体」の中に
>入れて。それら蒸気発生器全体を回転させる事は可能です。
蒸気発生器というのは下の台座を含めての話ですか？
台座も一緒に回るという考えでしょうか？
回るわけないでしょう。実際にやって見せてください。

あと、11の方への反論の図ですけど、
あなたの主張を説明するためには、水は海に流しちゃだめです。
車輪の上の部分で貯めなきゃダメです。それがあなたが言ってることです。
これでは、上から落とす水も流れ出る水も、地球外から供給され地球の外へ出ることになります。

あなたが主張していることを説明するのであれば、
海に流さず車輪の上の系に水槽を置き、ダムの放流は水槽で貯め、水槽からくみ上げた水をダムに落とすという系を考えてください。
動くと思いますか？

tknakamuri · Answer

水夕ンク(ダム)から水を高速で放出した時に水タンクが受けた角運動量は
水路(河川)で水が減速する時に水路が受けた角運動量で大部分相殺されてしまう。
海へ届いて流れが完全に止まると地球へ与えた角運動量はゼロになる。
これをダムが有っても無くても同じ。

角運動量保存則は作用反作用の法則から導かれる物理の基本の基本のキです。
マスゴミが三狭ダムのせいで地球の自転が狂っているとのたまわっているのは知ってるけど、
マスゴミの無教養に騙されないように。

chiha2525 · Answer

ダムでは上流側に力が発生しても、着水したほうの川では下流側に力が発生して、綱引きみたいになってます♪

pooh2016 · Answer

地球の角運動量は外部から角運動量を与えない限り変わらないでしょうね。
例えば宇宙から何か物体を回転方向にぶつけるとか、地球外に対して水を放出するとか。
地球の中で何かを動かしても地球自体の角運動量（自転速度）に変化は無いですね。

ちなみにダムの水で見ると、
飛び出した水はダムを蹴ってダムを後方へ押しますが、着地するときに地球を前方に押すことになってイーブンです。
また、流れてきた水はダムで止められてダムを前方に押しますわね。
摩擦が無い車の中に立っていれば、車の中で何しようが動き出すことはありません。（多少前後させても最後は元に戻ります）

yhr2 · Answer

No.5 です。

質問者さんは誤解しているようですが、「モノの運動」はエネルギーではなくて「運動量」で考えないといけません。
「ダムの水 + 地球の重心位置」と、
「水を放水したときの地球の重心と、水の重心の、合成重心」
とを考えたときに、その「重心位置」は何も変化していません。
地球の外から見たら、何も変わっていません。

その重心位置が変わらないことを「運動量保存」と呼び、その「2つに分かれたもの」どうしに働く力は「大きさが同じで逆向き」つまり「作用・反作用の法則」なのです。
高校物理で一番最初に学ぶことです。

ロケットは、噴射したものを宇宙空間の残して分離するから、ロケットが進むのです。
「ロケット + 燃料」「ロケット + 噴射物」の「合計」で考えている限り、重心の運動は何も変化しません。

wellow · Answer

推力はないけど、時点に影響（一日0.06μs）を与えている貯水が部分的にでも開放されることにより、その影響度合いが小さくなることは考えられる。けど、直感的だけど0.01μsも早くはならないのではないかな。

山峡ダムからの排水によって推力が発生しますよね？

電車の例では、電車の質量が大きすぎて実際の速度の遅れは感じられないのでわかりにくいのかも。

＃８

No.11 補足コメント

この問題は基本的にはyhr2さんがいうように運動量で考えるべきです。

>例えば以下のヘロンのタービンですが、蒸気発生器を「球体」の中に

水夕ンク(ダム)から水を高速で放出した時に水タンクが受けた角運動量は

ダムでは上流側に力が発生しても、着水したほうの川では下流側に力が発生して、綱引きみたいになってます♪

地球の角運動量は外部から角運動量を与えない限り変わらないでしょうね。

No.5 です。

推力はないけど、時点に影響（一日0.06μs）を与えている貯水が部分的にでも開放されることにより、その影響度合いが小さくなることは考えられる。

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