真空の宇宙空間でロケットが加速できるわけ

初歩的な質問になるかもしれませんが、許してください。ゴダードというロケットの父が反対論者に言われたことのひとつに、「大気のあるところではロケットの噴射のいわば台の役割として空気がある。だから飛べる。しかし宇宙空間では空気がなく、台がない。だから加速できない」のような趣旨のことを言われたようです。

私も素朴に知りたいです。船の上でふーっと息を吹いたら作用・反作用の法則で逆方向に船が進む。でもそれは空気という台を息が押しているからでは？とすると真空でどうやって加速できるのでしょうか？

No.6 ベストアンサー 回答者： Scull 回答日時： 2006/01/21 14:53

まず第一に「反対論者が間違え」ています。

そして、質問者さんも「同じ間違え」をしています。それは「ロケットの噴射が空気を押すから、ロケットが前に進める」という間違えです。

そうではありません。ロケットでは「ロケットエンジン自体がロケットの噴射を押しています」。あなたの言う「台」はロケットの噴射なのです。ペットボトルロケットでは「水（ただ、水は圧縮できないので圧力を保持するために空気を使いますが）」、その他水素と酸素の混合、ケロシン、酸化アルミニウムなどなど。こういうものを「ものすごいスピードで後方に噴射する」から、ロケットがその反作用で前に進めるのです。船の上で進めるのは「息という台を口で押している」から。大気を息で押しているからではないのです。

ロケットが噴射している以上、ほかが真空だろうが無かろうが関係ないのはそういう理由からです。

この回答へのお礼

皆さん、ありがとう！
真空中でも、酸素プラス燃料を燃やして、それが質量をもったガスを作る。それがロケット本体にぶつかる。質量をもったものがぶつかってくるのでそこで作用反作用の法則から、反発力が生まれる。やっとわかりました。

お礼日時：2006/01/21 17:43

No.9 回答者： japonicus 回答日時： 2006/01/22 19:00

「真空中でも、酸素プラス燃料を燃やして、それが質量をもったガスを作る。

それがロケット本体にぶつかる。質量をもったものがぶつかってくるのでそこで作用反作用の法則から、反発力が生まれる。」

違います。
貴方のコメントを言い換えれば、「宇宙船の後方で爆発した爆弾の爆圧で吹っ飛んでる」って事になっちゃいます。
そうではありません。


宇宙空間で野球ボールを投げたら？
投手の質量を100、ボールの質量が1だとします。
投げたボールの速度が100のとき、投手は1の速度で後ろに動きます。

もっともっと大量のボールを、もっと速い速度でドンドン投げ続ければ、投手はどんどん加速できる。
1秒間に1000個とか、10000個とか、とんでもない勢いでボールを投げ続ければ、投手は相当なスピードで後ろにブッ飛びます。

これがロケット。燃焼ガスを後ろに噴出することの反作用で前進します。燃焼ガスの質量は宇宙船よりずっと小さいけれど、噴出量と噴出速度を上げれば重いロケットでも動かせます。

No.8 回答者： Scull 回答日時： 2006/01/22 12:25

作用と反作用についてご理解が無いようですので補足します。

エンジンがガスを噴射する、これが作用。噴射した反作用でロケットが推進する。

ガスがエンジンを押す、これが作用。反作用でガスがエンジンから出て行く。

「作用反作用の法則」という「呪文のような覚え方」をされているので、言葉がぐちゃぐちゃになっています。作用と反作用という別のことを一緒にしないようにしましょう。

No.7 回答者： SortaNerd 回答日時： 2006/01/21 19:47

＞質量をもったガス…がロケット本体にぶつかる…のでそこで作用反作用の法則から、反発力が生まれる。

ちょっと気にかかる書き方ですね。反作用を理解していないように感じます。

作用反作用の法則とは、「物体Aが物体Bに力をかけて押すと、物体Aは物体Bから反対向きに力を受ける」という法則です。
ここで物体Aをロケット、物体Bを噴射ガスとすれば、噴射ガスから力を受けてロケットが動くという説明になります。ガスがぶつかるのではありません。

こういう考え方も出来ます。
エンジン内でガスの圧力が高まる。ガスはエンジン内壁にぶつかり、力を及ぼす。
ただこの場合、ガスが主体なのでこれは反作用でなく作用です。

No.5 回答者： Sompob 回答日時： 2006/01/21 14:42

大きなカン違いしているね。

真空中で、貴方の謂う「台としての空気」は
ロケット本体がその役をしているの。つまり
空気の有無は関係ないの。

貴方が船上で息をふーーーっと。息は貴方の
口から後方に出るだけでなく、貴方自身を、
船の前方へ押してるの。これが船を前進させ
る。空気があるからでは無い。

燃焼ガスの運動エネルギーの内、半分が後方
へ噴射され宇宙空間に消えるが、残り半分は
前方に噴射されて居て、これがロケットを押
してるの。

後ろだけに噴射してると思ってるから間違え
るんだよ。

これを格好良く「作用・反作用の法則」って
謂うの。

No.4 回答者： argue 回答日時： 2006/01/21 14:28

物理の用語を使って説明すると、空気や水の抵抗が無い宇宙空間ではロケットやその噴射剤に対して運動量保存則が成立するからです。

運動量とは
（質量）×（速度）
で表される量のことで、最初にロケットが存在する位置を基準点とした場合、成立する式は（非常に大雑把ですが）
ロケットの最初の質量：M
ロケットの最初の速さ：V
加速後のロケットの速度：V＋dV
噴射された推進剤の質量：m
推進剤の速さ：v`
として
MV=(V+dV)×(M-m)-m×v`
となり、最初の運動量（MV）は変化しないので、推進剤の運動量（m×v`）が大きくなればそれに応じて推進剤を噴射したロケットの運動量{(V+dV)×(M-m)}が大きくなることが分かります。M-mがMに比べて大きくなることが無ければロケットの速度は増加する、つまり加速できるわけです。

No.3 回答者： ultraCS 回答日時： 2006/01/21 11:07

副島隆彦先生と同じような勘違いですね。

真空中でも、質量に速度を与えて後方に放出すればちゃんと進みます。それが噴射ガスになるわけですが、真空ケースの中でも観察できます。

No.2 回答者： Hiyuki 回答日時： 2006/01/21 11:05

推進剤の噴射による、作用・反作用によって進みます。

＞船の上でふーっと息を吹いたら作用・反作用の法則で逆方向に船が進む。
これは、吹いた息の分の質量に比例した反作用が働くからで、大気があることとは一致しません。
ですから、たとえばペットボトルロケットなどは、空気を圧縮するよりも水を圧縮して飛ばすほうが遠くまで飛びます。

参考URL：http://spaceinfo.jaxa.jp/note/rocket/j/roc01_j.h …

No.1 回答者： silpheed7 回答日時： 2006/01/21 11:01

噴射ガスによる反動。

この回答への補足

「燃料が燃焼するときに発生する大量のガスが地面に向かって吹き出して、その反作用でロケットを飛ばす。」

これは小中学生向けに書かれたロケットの説明ですが、これは間違いでしょうか？

補足日時：2006/01/21 15:38