スペースシャトルがエンジンを切って、地球の周りを回っているとき、地球の重力がかかっているのに、中が無重力状態なのはどうしてですか。
 過去の質問を見てみたのですが、よくわかりません。私は力がつりあっていれば無重力状態になるのだと思うのですが、自由落下をしているから無重力状態だと書かれていて、わからないです。自由落下をしている時は重力mgがかかっているから無重力ではないのだと思うのですが。
 うまく整理できなくてすいません、よろしくお願いします。

A 回答 (6件)

スペースシャトルもその中に乗ってる人も共に重力に引かれて自由落下してるので、スペースシャトルに乗ってる人は加速度を感じないということになるのですが、これは式で書いた方が分かりやすいです。



ものすごく簡略化し、地球の中心からの距離を z とし、スペースシャトルの質量を M、乗ってる人の質量をmとします。

スペースシャトルには重力が加わるので、運動方程式から

 (M+m)d^2z/dt^2=-(M+m)g → d^2z/dt^2=-g

となります。スペースシャトル内の座標を z' とすると z との間で次の座標変換が成り立ちます。

  z'=z-1/2 * (d^2z/dt^2)*t^2 = z + 1/2 * g * t^2

>自由落下をしている時は重力mgがかかっているから無重力ではないのだと思うのですが。

これを式にすると md^2z/dt^2=-mg です。

これをスペースシャトル内の座標z'で書いた運動方程式に書き直すと、

 md^2z'/dt2=md^2z/dt2+mg=-mg+mg=0 → md^2z'/dt^2=0

となり、加速度は消えていわゆる無重力の状態になります。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
自分でも計算してみます!

お礼日時:2003/10/04 22:46

例えばです。


手のひらの上に物を乗せて、怪我をしない程度の高いところから飛び降りると、手のひらの上で、その物体は、一瞬、ふわりと浮くのを目撃できると思います。
この時は、自由落下で無重力になりました。

石を手に持って投げます。
放物線を描いて石は地面に落ちます。
石は自由落下していますから、石の上は無重力と言うことになります。

石をもっと早く投げます。
石はもっと遠くで落ちます。
もっともっともっと早く投げると、石は落ちて行くが、地球の丸さで地面にぶつからない様になってきます。

と言うことは、シャトルは地球に向かって落ち続けているが、そのスピードゆえ、地球にぶつからない、と言うことになります。

よって、シャトル内は無重力。

解りにくくてすみません。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2003/10/04 22:53

>私は力がつりあっていれば無重力状態になるのだと思うのですが、



 私もそう思っていたのですが・・・

 地球を回ることによる遠心力と地球からの
重力が釣り合っているから、シャトル内は
引力が働かないように見えているだけと思います。

 昔、スペースシャトルが周回軌道上で逆噴射した
ときの船内の映像を見たことがあるんですが、
逆噴射の振動があった直後に、空中に浮いていた
ペンが落ちていました。
 クルーがそれを見せるために撮った映像
だったようです。

 つまり角速度が落ちると、遠心力が弱まるので
その分、船内に地球の重力の影響が現れた
ということだと思います。
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この回答へのお礼

分かりやすい回答ありがとうございました!
やはり、そう説明されるのが一番納得できます…。

お礼日時:2003/10/04 22:50

正確には、「無重力」じゃなくて「無重量」でしょうかねぇ。


まぁ、誤用された言葉がそのまま定着してしまったって考えれば、納得できるんじゃないでしょうか。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2003/10/04 22:48

言葉に誤魔化されているだけではないでしょうか。



この宇宙に重力相互作用の及んでいない場所はありません。

いわゆる無重力状態は、「重力にさからわず自由落下しているせいで、地上での常識から見るとまるで重力が働いていないように見える状態」ではあっても「重力相互作用の及んでいない状態」ではありません。
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この回答へのお礼

そう考えると…また混乱してきます(笑)
回答ありがとうございました。

お礼日時:2003/10/04 22:48

http://www005.upp.so-net.ne.jp/yoshida_n/qa_a42. …

http://www.lalanet.gr.jp/nsm/kouzaE.html

http://www2.ocn.ne.jp/~hara01/ippan.htm

http://iss.sfo.jaxa.jp/utiliz/character/microgra …

http://www2.ocn.ne.jp/~hara01/ippan.htm

とかでわかるかな?
重力が働いていないというのでなく、
同じ速度で運動中だから(シャトル内の空気も同じ速度で運動中だから空気抵抗も無い)見かけ上重力が働いていないように見えるだけ、
落下中と考えると難しいけど、
動いている電車内で垂直にジャンプしても同じところに着地できるのと同じ事なんですよ。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございました!

お礼日時:2003/10/04 22:47

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無知であるため変な質問ですみません。素朴な疑問なのですが、ロケットは作用・反作用の法則により、燃料を燃やしてできたガスを勢いよく噴射した反動で前進するそうですが、もし、一切無重力の場所があったとしたら、そこでもロケットエンジンは普通に使用可能でしょうか?重力がないことにより、地球の重力圏で使用した場合と何らかの違いは出るのでしょうか?教えていただけると嬉しいです。

Aベストアンサー

 ロケットはもちろん無重力でも使えますよ。

>燃料を燃やしてできたガスを勢いよく噴射した反動で前進する

 その通りです。これを考えるには運動量などを使うと計算もできます。
 これは地上では、たとえば抵抗の少ない台車の上に座って、台車に上からボールを投げると、台車が進みます。それと同じです。
 もっとはっきり見たければ、転ばないよう充分な注意が必要ですが、台車から台車の進める方向に勢いよく飛び降りると、台車は飛び降りたのと反対方向に進みます。
 台車から、ボールなり人なりが、台車に対してスピードを持つ、つまり加速すると台車がその反対方向にスピードを持つわけです。
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 もちろん、小惑星間であって、その軌道から逸れるほどの力はありません。正確には無重力状態ではなく、太陽に対する公転速度と太陽の重力が打ち消し合っている、無重量状態と呼ばれるものですので。

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 ロケットはもちろん無重力でも使えますよ。

>燃料を燃やしてできたガスを勢いよく噴射した反動で前進する

 その通りです。これを考えるには運動量などを使うと計算もできます。
 これは地上では、たとえば抵抗の少ない台車の上に座って、台車に上からボールを投げると、台車が進みます。それと同じです。
 もっとはっきり見たければ、転ばないよう充分な注意が必要ですが、台車から台車の進める方向に勢いよく飛び降りると、台車は飛び降りたのと反対方向に進みます。
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Q無重力について、または自由落下について

​http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1329804603​
この質問の補足部分と回答がほしいです。

また​http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1129882221​
こちらのベストアンサーの方の回答から考えると、中の人は、宇宙船の重心と重なる位置にいないと力を受けるということでしょうか
(宇宙船の重心より内側では飛行士は内側に引き付けられ、宇宙船の重心より外側では飛行士は外側に押し付けられる力が働きます。このような力を潮汐力と呼びます。より)

Aベストアンサー

回答1のものです。

> ではシャトルも無重量なのでしょうか?

無重量かどうかは相対的な概念ですが、その基準としてなるのは「シャトルとその中身全体の重心」の運動です。

で、この「全体の重心」との位置関係を考えると、、
中の人が無重量なのと同様に、シャトルを構成する各部品も無重量状態にあります。
シャトルの部品同士の間には、重力に基づいた力は働きません。
それを総じて考えれば、シャトルも無重量であると言えるでしょう。

> √(1+x) ≒ 1+1/2 x

説明不足ですみません。これは、1 に比べて、x が十分に小さい場合での近似式です。
たとえば、x = 0.001 だとすれば、
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となります。

ですから、この近似は「tが十分に小さい場合」にのみ成り立つ式です。
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なお、この近似式の算出原理ですが、これは、√x の x=1 におけるテイラー展開の1次項までを用いることによるものです。


あと、ちょっとだけ訂正と補足。
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回答1のものです。

> ではシャトルも無重量なのでしょうか?

無重量かどうかは相対的な概念ですが、その基準としてなるのは「シャトルとその中身全体の重心」の運動です。

で、この「全体の重心」との位置関係を考えると、、
中の人が無重量なのと同様に、シャトルを構成する各部品も無重量状態にあります。
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> √(1+x) ≒ 1+1/2 x

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Aベストアンサー

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宇宙が始まって重力が発生したのです

まあ、それは横に置いて
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もの凄く小さいですが、重力はあります
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ある一定範囲を見れば、必ず原子が漂っています

厳密な科学計算をする訳でもないのに、そこまで細かい数値を上げて
真空ではない、無重力ではない、と言う事に何の意味があるのでしょうか?
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中学生です。重力加速度について自由研究をしています。ボール落下をビデオに撮影し、コマ送りにして落下距離を測定しました。(インターネットにあったので)
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宜しくお願いします。

Aベストアンサー

重力加速度を求める時はよく次のような表にまとめることをやります。

       A       B         C          D
時間(秒) 距離(m)  速度(m/s)
0.0    ----- ------速度の変化(m/s) 加速度(m/s^2)
-----       |         ------   -------
0.1    ----- ------         |
-----       |         ------   -------
0.2    ----- ------         |
-----       |         ------   -------
0.3    ----- ------         |
-----       |         ------   -------
0.4    ----- ------         |
-----       |         ------   -------
0.5    ----- ------

0.1秒ごとの位置の変化は既に求めておられるようですね。     ・・・A
Aに出てきている距離を時間間隔の0.1秒で割ると速さが出てきます。・・・B
速さも0.1秒ごとに変化しています。
その変化を求めます。                       ・・・C
速度の変化の起こっている時間間隔で速度の変化を割ると加速度になります。・・・D

Dでの値がほぼ一定であることが分かると等加速度運動であるということになります。

速さの変化(m/秒)/時間間隔(0.1秒)を計算しますから単位は m/(秒)^2 になります。

重力加速度を求める時はよく次のような表にまとめることをやります。

       A       B         C          D
時間(秒) 距離(m)  速度(m/s)
0.0    ----- ------速度の変化(m/s) 加速度(m/s^2)
-----       |         ------   -------
0.1    ----- ------         |
-----       |         ------   -------
0.2    --...続きを読む

Qスペースシャトル内はどうして無重力か

 スペースシャトルがエンジンを切って、地球の周りを回っているとき、地球の重力がかかっているのに、中が無重力状態なのはどうしてですか。
 過去の質問を見てみたのですが、よくわかりません。私は力がつりあっていれば無重力状態になるのだと思うのですが、自由落下をしているから無重力状態だと書かれていて、わからないです。自由落下をしている時は重力mgがかかっているから無重力ではないのだと思うのですが。
 うまく整理できなくてすいません、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

スペースシャトルもその中に乗ってる人も共に重力に引かれて自由落下してるので、スペースシャトルに乗ってる人は加速度を感じないということになるのですが、これは式で書いた方が分かりやすいです。

ものすごく簡略化し、地球の中心からの距離を z とし、スペースシャトルの質量を M、乗ってる人の質量をmとします。

スペースシャトルには重力が加わるので、運動方程式から

 (M+m)d^2z/dt^2=-(M+m)g → d^2z/dt^2=-g

となります。スペースシャトル内の座標を z' とすると z との間で次の座標変換が成り立ちます。

  z'=z-1/2 * (d^2z/dt^2)*t^2 = z + 1/2 * g * t^2

>自由落下をしている時は重力mgがかかっているから無重力ではないのだと思うのですが。

これを式にすると md^2z/dt^2=-mg です。

これをスペースシャトル内の座標z'で書いた運動方程式に書き直すと、

 md^2z'/dt2=md^2z/dt2+mg=-mg+mg=0 → md^2z'/dt^2=0

となり、加速度は消えていわゆる無重力の状態になります。

スペースシャトルもその中に乗ってる人も共に重力に引かれて自由落下してるので、スペースシャトルに乗ってる人は加速度を感じないということになるのですが、これは式で書いた方が分かりやすいです。

ものすごく簡略化し、地球の中心からの距離を z とし、スペースシャトルの質量を M、乗ってる人の質量をmとします。

スペースシャトルには重力が加わるので、運動方程式から

 (M+m)d^2z/dt^2=-(M+m)g → d^2z/dt^2=-g

となります。スペースシャトル内の座標を z' とすると z との間で次の座標変換が...続きを読む

Q重力加速度gと重力mgのmの単位ってなんでもいい?

あるものの速さや位置エネルギーを出すときに(等式ではなくて単位が影響する)はm(質量)の単位は決まっていますか?重力加速度の定義について知りません

例えばある物体の質量は10kg、重力の及ぼす力はmgだから9.8×10=98【N】
つまり重力加速度の単位はm/s^2と同時にN/kgってことだよね?
そこで質量10000g=10kgの物体に重力が及ぼす力をgのままmg=Fに代入すると98000Nでぜんぜん違う
と言うことは重力加速度は単位をkgに直してから使えってことですよね。

ちなみにN/1000g=10^-3N/gがg用の重力加速度ってことか!

Aベストアンサー

 力学で使われるのがMKS単位系です。m(メートル)、kg(キログラム)、s(秒)が基本的な単位です。

http://ja.wikipedia.org/wiki/MKS%E5%8D%98%E4%BD%8D%E7%B3%BB

 N(ニュートン)は、基本的な単位を使った組み立て単位と呼ばれるもので、kg・m/s^2となります。

 たとえば、N/kgはm/s^2となりますから、確かに加速度の単位となっています。

 実際の数値計算を行う時、Nはkgを使った組み立て単位ですから、グラム(g)での数値を使ってしまうと正しい計算結果となりません。仰るように、もしグラム単位の数値であれば、それをkgに直してから計算する必要があります。

 しかし、力学だけでもMKS単位だけでなく、CGS単位系というのもあります(基本単位はcm, g, s)。こちらの方が、古くからあり、使われる場合もあります。

http://ja.wikipedia.org/wiki/CGS%E5%8D%98%E4%BD%8D%E7%B3%BB

 さらに電磁気学で必要な電流を単位に加えたMKSA単位系があります(MMKS単位系にアンペア:Aを加えたもの)。

 これをさらに拡充して、各国共通で使う取り決めがなされたのが国際単位系(SI単位系)があります。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%BD%E9%9A%9B%E5%8D%98%E4%BD%8D%E7%B3%BB

 その他に、工学や技術では、重力単位系というものもあります。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E5%8A%9B%E5%8D%98%E4%BD%8D%E7%B3%BB

 どの単位系を使うにせよ、その単位系の基本となる単位で計算するよう、注意する必要があります。

 また、個人独自の単位系を考案して使うことが便利であったりすることもありますが、他の人へ伝えたりする場合は、上記でご紹介したよく知られた単位系に直すことも必要でしょうね(実は、体積にcm・m^2なんてものを使ったりしたことがありますが、もちろん他人にはm^3に直して伝えていました)。

 力学で使われるのがMKS単位系です。m(メートル)、kg(キログラム)、s(秒)が基本的な単位です。

http://ja.wikipedia.org/wiki/MKS%E5%8D%98%E4%BD%8D%E7%B3%BB

 N(ニュートン)は、基本的な単位を使った組み立て単位と呼ばれるもので、kg・m/s^2となります。

 たとえば、N/kgはm/s^2となりますから、確かに加速度の単位となっています。

 実際の数値計算を行う時、Nはkgを使った組み立て単位ですから、グラム(g)での数値を使ってしまうと正しい計算結果となりません。仰るように、もしグラム単位...続きを読む

Q無重力の状態で書く事ができる?出来ない?

宇宙の無重力状態の中で、普通のボールペンで字を書く事が出来ないって本当ですか?
先日宇宙ぺんを買いました。
それは無重力でも、水中でも書けるとあって、水中で試したところ、普通のボールペンでは書く事が出来ないことが分かりました。
でも、無重力で、試す事が出来ないので、知っておられる方がおられましたらお願いします。

Aベストアンサー

普通のボールペンは上を向いて書くとすぐに書けなくなります。インクが先に行かなくなるからです。
宇宙ペンは多分、インクの軸の端末が栓がされていて、軸の内部に圧縮した空気が入っているため、その空気がインキを先に押し出すのだと思います。
普通のボールペンでも遠心力を使って、先を外側にして思いっきりぶん回せば宇宙でもかけるようになると思います。
サインペンは毛細管現象で先にインキが出てきますので無重力でも書けます。
http://www.pentel.co.jp/pentel-town/monthly-pentel/2003_8/
買われたのは下記URLのようなものでしょうか。
替え芯高そうですね。

参考URL:http://www.lunarembassy.jp/spacepen/

Q片支持落下と自由落下

輸送貨物の片支持落下試験という方法があります。

通常は自由落下で評価していますが、重い物になると、片支持落下という方法になり、JISによると150mmの枕の上に対稜を乗せ、目的稜を550mmに上げてから落下します。

片支持落下した場合、衝突した点においては、自由落下に換算して何mmから落下した事になるのでしょうか?

(1)つまり、この550mmの片支持落下において、自由落下の落下高さ何mmと等価であると
 いえるのでしょうか?(または、計算不能ですか?)
(2)しかもこの貨物は偏重心ですので、この影響もわかりましたらご教示ください。
(3)また、衝突点から中心よりへ離れた点では、どのように考えればよいのでしょうか。

重心の変位量の半分程度の自由落下高さとほぼ等価であるという意見もありますが、
物理的に(数式と原理が)知りたいのです(高校物理IIと数学IIICまでの範囲でなんとか。)

力の方向が問題になると思いますが、その点についてもご教示ください。

宜しくお願いいたします。

Aベストアンサー

どうしても回転の運動方程式または,回転のエネルギーを考察する以外に,解法はないと思います。
密度が一様で,したがって重心が中心にある場合について考えます。

2a = 1.2[m],2b = 1.0[m],質量m[kg]として,重心を通る軸周りの慣性モーメントは,

Ig = 1/3・m(a^2+b^2)

与えられた図では,支点が移動してしまっているのでやっかいです。したがって,支点は左下隅に固定されているものとして,左下隅を軸とする慣性モーメントは,

I = Ig + m(a^2+ b^2) = 4/3・m(a^2+b^2)

重心の落下の高さh,右下着地時の角速度をωとすると,エネルギー保存により

mgh = 1/2・Iω^2
∴ω = √(2mgh/I) = √{ 3gh/2(a^2+b^2) }

着地時の右下隅の速さは,2aωとなります。ただし,このとき右下隅の速度は斜め方向なので,必要に応じて鉛直成分をとらなければならないでしょう。

回転運動をともなう今回のような場面では,上記のように回転運動の解析が欠かせないために,力のモーメントがつりあっている場合しか扱わない高校物理の範囲では,残念ながら対応不可能です。

どうしても回転の運動方程式または,回転のエネルギーを考察する以外に,解法はないと思います。
密度が一様で,したがって重心が中心にある場合について考えます。

2a = 1.2[m],2b = 1.0[m],質量m[kg]として,重心を通る軸周りの慣性モーメントは,

Ig = 1/3・m(a^2+b^2)

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I = Ig + m(a^2+ b^2) = 4/3・m(a^2+b^2)

重心の落下の高さh,右下着地時...続きを読む

Q皆さんが無重力状態に置かれたら、とりあえず何をしますか?

皆さんが、無重力状態になる機会が訪れました。
しかもかなり長時間、無重力状態になりそうです。

もしそうなった、とりあえず何をしたいですか?
どんな実験をしてみたいですか?

Aベストアンサー

寝ます。
無重力って、フワフワと身体のどこにも負担の掛からない究極のリラックス体勢ではないでしょうか。
(本当は違うかもしれませんが)

昔見たアニメで、戦いに疲れたキャラが宇宙戦艦のブリッジで宙を漂いながら眠っているシーンがあって、気持ち良さそうだと子供心に感じたことがあります。

Q自然落下と自由落下は違いを教えてください。

自然落下と自由落下は違いを教えてください。

Aベストアンサー

 高校物理では、「初速度が0の落下運動」と、意味を狭くして扱うこともありますが、「自由落下」は、重力のみを受けての運動です。放物運動や月の運動も自由落下に含まれます。英語では free fall となります。

 「自然落下」というのは、物理では出てこない言葉です。(「自然落下」を検索すると、ゴルフクラブの振り下ろし方関連の者が多く出てきました。「natural fall」 を検索すると、季節の「秋」関連のものが多く出てきました。)

ということで、「自然落下と自由落下は違い」は、「特に物理学で定義されていない言葉と、物理学で厳密に定義された言葉の違い」ということになるでしょうか。


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