ガンダムを見ていて疑問に思ったのですが、スペースシャトル(またはガンダム)が大気圏に突入する時に凄い大気とのの摩擦を受けますよね。でも地表付近まで来た時はそんなことはないですよね。突入する付近の空気は薄いのにどうして摩擦を受けたりするんですか?温度が極端に高いからですか?(分子の数は少ないが分子運動が非常に活発なためシャトルと分子の当たる確率が高い。つまり摩擦しやすい)?下手な文章でわかりにくいと思いますがお願いします。

A 回答 (2件)

「分子の数は少ないが分子運動が非常に活発」なのは事実で「温度」の定義からその部分は高温であるともいえますが、


「スペースシャトル(またはガンダム)」が凄い大気とのの摩擦を受けるのは、大気が希薄なため落下速度が高速なためです。
地表近くでは大気がブレーキになるので速度が落ちます。

「スペースシャトル(またはガンダム)」が燃えそう(?)な時は音速をはるかに超えてますが、地表付近で空から降ってくる雨粒はそんなにモノスゴイ高速じゃないでしょう?
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この回答へのお礼

なるほどそうだったのですか。目からうろこです。実によく分かりました。ありがとうございます。

お礼日時:2002/02/16 21:38

突入速度が(だいたい)第一宇宙速度程度だからではないでしょうか?


ゆっくり突入すれば熱くならないと思いますけどねぇ。

そえば、突入するときは問題になりますが、
大気圏脱出のときには温度は問題にならない気が・・・

解決になってなくてすみません。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。助かりました。

お礼日時:2002/02/16 21:39

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Aベストアンサー

はじめに言っておきますが、私は物理は素人です。


宇宙空間は無重力ではありません。
真上に上がったものは、当然地球の引力によって引っ張られ落ちてきます。
衛星などが何故落ちてこないかと言うと、地球の周りをものすごいスピード出飛んでいるからです。
言い方を変えると、飛んでいるというよりは永遠に落ちつづけているともいえます。

例えば、地上でボールを投げてみます。
強く投げれば(スピードを速く)遠くへまで飛び着地します。
もっと強く投げれば、もっと遠くへ着地します。
それがあるスピード以上で投げると、地球は平らではなく球なので、ボールが落ちる先に地面が無くなり永遠に落ちつづけるということになります。
落ちつづけてるものはある意味、無重力状態になります。
それが、スペースシャトルなどで見る無重力状態ですね。

しかし、ここで問題が
地上では大気が邪魔をするため、そのスピードまで物を加速することができません。
そのため、まず大気の無い所まで打ち上げて、スピードに乗せます。
人工衛星で、高度200~300キロだったような、、、

この人工衛星になれる速度(第一宇宙速度)
7.9 km/sec 
2万8千5百 km/sec、
マッハ23となり、大気のある地上では摩擦で燃えてしまうわけですね。

ちなみに
第一宇宙速度は人工衛星が地球表面を円軌道するための速度
第二宇宙速度は地球の重力圏を突破するための速度
第三宇宙速度は太陽の重力圏を突破する(太陽系の外に出る)ための速度だったような、、、

つまり、ガンダムやホワイトベースが無重力状態で浮かんでいる風景は、実は地球の引力に引き込まれないようにかなりのスピードで飛んでいるということになります。

詳しくは人工衛星、第一宇宙速度などで検索をかけてみればいろいろとでると思います。

私自身、子供の頃は宇宙にでれば、そこは無重力の世界だと信じていました。

はじめに言っておきますが、私は物理は素人です。


宇宙空間は無重力ではありません。
真上に上がったものは、当然地球の引力によって引っ張られ落ちてきます。
衛星などが何故落ちてこないかと言うと、地球の周りをものすごいスピード出飛んでいるからです。
言い方を変えると、飛んでいるというよりは永遠に落ちつづけているともいえます。

例えば、地上でボールを投げてみます。
強く投げれば(スピードを速く)遠くへまで飛び着地します。
もっと強く投げれば、もっと遠くへ着地します。
それがあ...続きを読む

Q人間だけで、大気圏突入できる?

スペースシャトル「ディスカバリー」で耐熱タイルが剥がれた問題で、
ニュースでは、帰還に問題なしと言っていました。

そこで、ふと思ったのですが、
最悪、宇宙服を着た人間だけで、大気圏に突入する事はできないのでしょうか?
大きめのパラシュートでもしたら、いけそうな気もするのですが。(^^ゞ
やっぱり、燃え尽きてしまいますよね?

でも、色々考えてみると、
もし、蟻1匹を同じように大気圏突入させた場合、
燃えないような気もするのですが?

うーん、考えれば考えるほど、分かりません。
アホな質問かもしれませんが、どうか教えて下さい。

Aベストアンサー

 こんにちは。

 すこし、大気圏突入のイメージを誤解されているようですね。
 地球に向かって垂直に落ちてくるようなイメージを持っていらっしゃいませんか?

>静止衛星のように止まっている状態から、
>垂直に自由落下させたとして仮定してください。

 静止衛星は止まっているわけではありません。
 地球の自転と同期して動いていて、地表から見ると相対的にとまっているように見えるだけで、実際には秒速3キロ、時速にすると1万キロを超える速度でかっ飛んでいます。
 スペースシャトルも大気圏突入時には秒速6キロ、時速2万2千キロに達します。

 地表に降りてくるまでにこの速度を0にしなくてはいけません。
 つまり、地球に向かって垂直な速度より、水平の速度を殺すことが大変なのです。

 この膨大な速度を空気抵抗で減速しようとすれば、その物体の形状に関係なく同じ量だけの摩擦熱が発生します。
 つまり、同じ質量の物体ならば、流線型をしていようが、巨大なパラシュートを開いていようが、最終的には運動エネルギーが熱エネルギーに変換されるわけですから、同じ熱量が発生します。
 結局はその熱にどう耐えるかの話になってしまいます。

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 こんにちは。

 すこし、大気圏突入のイメージを誤解されているようですね。
 地球に向かって垂直に落ちてくるようなイメージを持っていらっしゃいませんか?

>静止衛星のように止まっている状態から、
>垂直に自由落下させたとして仮定してください。

 静止衛星は止まっているわけではありません。
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Q大気圏再突入時の速度について

カテゴリが物理学か天文学か迷ったのですが、大気圏再突入について興味があったので質問させていただきます。

ここでいろんな人の質問をみて、以下については理解できました。
・シャトル等が周回軌道を維持するためにマッハ20以上でかっとんでいること、
・大気圏に再突入する際は、少しだけ減速して軌道離脱すること、
・減速しすぎると突入角度がつきすぎて燃え尽きたり急激ななGで乗員が潰れちゃうこと、
・極超音速で大気圏に突入するため高度70kmあたりで空力加熱で火だるまになること、

そこで新たに質問なのですが、
(1)必要な燃料等を軌道上で補給できるとして、軌道離脱の際に乗員が死なない程度のGで水平方向の速度を落とそうとした場合、大気圏に突入する前(大気の影響を受ける前)にどの程度の速度まで落とせるでしょうか。
(2)打ち上げに関してですが、重力に逆らって周回軌道に打ち上げることと、周回軌道を維持する速度を得ることでは、どちらが燃料を必要としているのでしょうか? (言い方を変えると、(1)のような水平方向の減速に必要な燃料がどれくらいになるかが知りたい)
(3)無人で補助ロケットを周回軌道に上げておき、軌道上でシャトルにドッキンクできれば、(1)のようにして再突入時の空力加熱を軽減して危険を軽減できないものでしょうか?(補助ロケットの打ち上げコストで乗員の安全を買うイメージ)

以上、意見よろしくお願いします。

カテゴリが物理学か天文学か迷ったのですが、大気圏再突入について興味があったので質問させていただきます。

ここでいろんな人の質問をみて、以下については理解できました。
・シャトル等が周回軌道を維持するためにマッハ20以上でかっとんでいること、
・大気圏に再突入する際は、少しだけ減速して軌道離脱すること、
・減速しすぎると突入角度がつきすぎて燃え尽きたり急激ななGで乗員が潰れちゃうこと、
・極超音速で大気圏に突入するため高度70kmあたりで空力加熱で火だるまになること、

そこで新...続きを読む

Aベストアンサー

大雑把に言えば、通常のロケットの第一弾エンジンは、ペイロードを高いところまで運ぶために、第二段エンジンはそこで軌道速度を得るために使われます。
したがって、第二段ロケットだけを軌道上でドッキングできれば、ほとんど減速させることができるのではないかと推測されます。
ですから(1)への回答としては、私も若干自信がありませんが、加熱の問題がない程度まで減速できると思われます。
(2)ですが、通常は重力に逆らってペイロードを持ち上げるほうが圧倒的に燃料を消費します。これは、重力方向の加速は、もたもたしているとどんどん地球に引き寄せられるため、燃費よりも馬力を要求されるためです。水平方向の加速であれば、多少時間がかかってもよいので、燃費を重視できます。
ですから、通常第一弾エンジンには燃費が悪くて馬力が大きいものに加えて、固体ロケットブースターが補助として使われます。また、ノズルの開口面積にも工夫がされていて、第二段ロケットのほうが圧倒的に効率が改善されます。

(3)確かにそうかもしれませんね。ただコストの意識はNASAの判断でしょうね。いまのところ、どんなに安いロケットでも10億円は下りません。第一弾の上に、上昇用と減速用のふたつの第二段ロケットをつけて飛ばすコストは50億円を見積もっても足りないかもしれません。

あと参考までになんですが、大気突入のシミュレーションであれば、大学1年生くらいの知識でもできると思いますよ。地球大気が高度に対してどのように分布しているのかだけ調べてこれれば、たぶんご自身でも検討可能だと思われます。

大雑把に言えば、通常のロケットの第一弾エンジンは、ペイロードを高いところまで運ぶために、第二段エンジンはそこで軌道速度を得るために使われます。
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Q最大摩擦力って最大摩擦力を超えたら滑るのですか?それか最大摩擦力になったときにはもうすべるのですか?

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宇宙空間から大気圏を突破して
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 お礼、ありがとうございます。

>磁石の同じ極を近づけるイメージ、

 こちらは前方に運動量を移すことになります。相手は地球そのものです。この場合は、間違いなく地球が吹っ飛びます。

>ヘリウムより遥かに軽い気体の入った風船を物体に括り付けているイメージ

 こちらは後方から引っ張る、すなわち後方に運動量を預けます。とりあえず無事ですが、その風船が地球に衝突するようだと危ないですね。

>『燃える』と『無傷』、二つ出てきました。

 おそらく、質問者様の設定が「空中で停止する」ということなので、減速の仕方次第でどちらとも解釈できるということでしょう。私は急停止と解釈して無傷と回答しましたが、等加速度で地表付近に停止するようなら燃え尽きるかもしれません。どちらの場合も、「磁石の同じ極を近づけるイメージ」ならば、地球は物体の停止前に破壊されてしまいますが。


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