粒子は何故動くのですか

Question

僕は風は何故吹くのか考えて、中学の先生に聞いてみた所、「粒子が動くから」と、言われました。

なんか納得いきませんでした。
それで、そしたらなぜ粒子は動くのか聞いた所、スルーされました。

何故動くのですか？

僕は、重力に引かれて動く、とか電磁力に引かれて動くとかも考えましたがでもそれだったら重力にも引かれないし電磁力にも引かれない光はなぜ動くのか、と思いました。


何故なんですか？教えて下さい

lazydog1 · Accepted Answer

この世界は3次元空間ですけど、いきなりそれで考えるより、単純化して考えてみます（物理学のコツの一つははこういう単純化です）。

1次元、つまり一直線上で考えてみます。空気の分子（●で表すことにします）が1個だけあるとします。するとその空気分子が自分に向かって動いているすれば、

●→…（どんどん進む）…●→　[自分]

といった感じで、自分にぶつかります。例えば、ボールが自分に向かって飛んでくるのと同じです。

でも、空気分子はたくさんあります。また単純化して、最初は動いていない空気分子（○で表すことにします）に動いている空気分子がぶつかることになります。

●→　○　○　○　　[自分]

最初はこういう状況になります。そして●が一番左の○に衝突します。

●○→○　○　　[自分]

●は○にぶつかって止まり、○が●の速度で動き始めます。これは、例えば10円玉2枚を使い、机の上で滑らせて衝突させてみると、そうなる様子を見ることができます。

次に動き出した○は隣の○にぶつかります。そして同じようにぶつかって行った方が止まり、ぶつかられた方が動き出します。

●　○○→○　　[自分]
　　●　○　○○→　[自分]
　　●　○　○　○→[自分]

こういう感じで、動く空気分子が次々に変わって、ついにはやはり自分にぶつかることになります（こういう状況を、玉突き衝突と呼んだりします。渋滞した道路の交通事故で似たようなことが起こることがあり、玉突き事故と呼ばれたりします）。

ともかく、最初に動く空気分子があれば、途中にその通り道を邪魔する空気分子があっても、あたかも最初の空気分子が邪魔されずに飛んできたようなことになるわけです。

では、最初の空気分子は何が動かしたかになります。それを考えていくと、いろいろ出てきますが、結局は何か熱いもので空気分子が動かされたということになります。

熱いものが固体であっても液体であっても、やはり分子（原子1個でできている場合も分子に含めておきます）ででてきていて、熱いというのは分子が激しく振動しているということなんですね。常にバットを振り回していて、もし近くにある止まったボールに当たれば、ボールは飛ばされます。熱いというのは、そういうことと似ています。

そういうことを起こす熱いものが何かですが、木などが燃えてもそうなるし、太陽からの熱でそうなることもあります（今の時期、昼間は地面がたいへんに熱いことがありますね）。そうしたものの影響が寄せ集まって、大量の空気分子が動き、風になったりもします。

uen_sap · Answer

その先生は馬鹿です。

高気圧、低気圧、偏西風等空気が動いている状況は沢山あります。
それらを調べてみて下さい。

tknakamuri · Answer

微視的には空気分子間の衝突によります。
これが「圧力」を生み出し、それに偏りがあれば風が吹きます。

中学では習わないとは思いますが、正しく理解するのは
「気体分子運動論」が必要です。

空気分子間の衝突により分子が及ぼしあう力は電磁力です。

光がなぜ動くかという問いに答えられる人はいないでしょうね。
「そういうものだから」としかいえません。

redgarbera · Answer

風が吹くときに動く粒子というのは空気を構成してる窒素とか酸素とかを指しますね。
これが動くのは気温や気圧によるもので、理科の教科書や参考書を見れば解説が出ていると思います。

一方、光が動くことについて考えようとすると、それはもっともっと小さな次元の話になります。いわゆる「素粒子」と呼ばれるもの、クオークや電子、ニュートリノなどの話になるので、風がなぜ吹くのか、といった疑問とはまったく違う話です。
私はその方面の専門家ではないのできちんと説明することはできませんが、「素粒子」の次元では光は「光子」という素粒子として考えられているそうです。
そして、素粒子というのはみな光子と同じ速度で動くのが本来の性質だそうです。しかし、この宇宙には「ヒッグス粒子」と呼ばれる粒子が充満していて、それが邪魔をして光速では進めず、その「ヒッグス粒子に邪魔をされた」分が粒子の質量（重さのようなものですね）になり、同時に時間を持つようになります。しかし光はヒッグス粒子に影響されないので光速で動くことができ、だから質量がなく、そして時間もありません。光には時間がない、というのは不思議な話ですね。
だから、光がなぜ動くのかというと、「素粒子は光速で動くのが本来の性質だから」としか私には答えられません。

因みに光は重力によって曲がります。だから「重力にも引かれない」というのは誤りです。正確には、重力によって空間がゆがむのでそれによって光も曲がって進むように見えるのだそうですが。

Nakay702 · Answer

＞粒子は何故動くのですか
＞僕は、重力に引かれて動く、とか電磁力に引かれて動くとかも考えましたがでもそれだったら重力にも引かれないし電磁力にも引かれない光はなぜ動くのか、と思いました。

⇒粒子は温度があると動きます。というか、温度と粒子の運動とは同じものの違う局面です。「同じもの」とはエネルギーです。引力の源も、電磁気力の源もすべてはこのエネルギーです。それが熱として検知される場合を「熱エネルギー」といい、運動として検知される場合を「運動エネルギー」といい、ポテンシャル（可動性）として検知される場合を「位置エネルギー」などといいます。

ところで、温度が下がって０°K（ゼロ・ケルビン＝絶対０度＝-273.15℃)になると、すべての粒子の運動は停止します。つまり、エネルギー・ゼロの状態です。ですから、-273.15℃の温度の世界は、いわば死んだ世界で、すべての動きが停止し、温度もそこの留まってそれより下がることはありません。それより下がることはあり得ないのです。それで、「絶対温度」というんですね。

もっとも、この宇宙で、-273.15℃の場所はありません。最も低い温度の、宇宙の最果てのところでも、2.75°K（＝-270.4℃）の「ぬくもり」があって、それはビッグバンすなわち「火の玉宇宙」の名残り（＝宇宙背景放射）、と言われています。

以上、ご回答まで。

ORUKA1951 · Answer

温度ってなんでしょう。
この世にある物質は、絶対０度(-273℃)でない限り、エネルギーを持っています。そのエネルギーってどういう形で持っているかと言うと、動き回っている--突進したり、回転したり、振動したり、ねじれたりという運動の形でエネルギーを持っています。
　君たちが、おなかがすいているときは縮こまって身を寄せ合って縮こまっているけど、元気をもらうと立ち上がって歩きはじめたり、踊りだしたり、走り出すのと同じです。

このひとつひとつの粒がもつ運動エネルギーの総和が「熱エネルギー」と呼ばれるものです。温度とは違います。温度はその粒子がどの程度振動して、周囲のものを弾き飛ばせるかということで、０℃の氷と水は温度は同じですが、持っているエネルギーは違います。氷の状態の水が液体になるときは、どこからかエネルギーをもらわなければなりません。

小学校の時に、気体が温度を上げると膨張し、温度を下げると縮むこと、圧力を上げると縮み、圧力を取り除くと膨らむことを学んだと思います。そのときにも気体はひとつひとつの粒子が飛び回って周囲に圧力を及ぼすことで説明されたと思います。
　温度を上げると活発に運動して周囲の壁を押し広げる。周囲から押されると負けて体積が小さくなるとね。

風を感じるのも、こり気体の粒子が私たちの体にぶつかるからなのですが、気体であるためには、気体を構成する粒子が自由に飛び回っていないとなりません。そのためにはエネルギーが必要です。(エネルギーがなければ体積はゼロ(理想的には)になり気体でなくなってしまう）
　暖められて【粒子が激しく動き回って】、体積が増えると軽くなって上に移動します。そうするとその穴埋めをするために、周囲から気体が流れ込みます。それが風です。

※なんか納得いきませんでした。
　すでに小学校でも気体の性質は学んでいるはず、その時にきちんとイメージできていれば、納得できるはずだけどな？

＞重力に引かれて動く、とか電磁力に引かれて動くとかも考えましたが
　重力に引かれて地球の表面にまとわりついていますよ。
　電磁気力で送風も出来ます。イオンクラフト( https://www.google.com/images?hl=ja&q=%83C%83I%83%93%83N%83%89%83t%83g&biw=1024&bih=618&sei=jbcOUqPSF8ONkgXj-oGYAg )というおもちゃがあります。
＞重力にも引かれないし電磁力にも引かれない光は
　重力の大きいほうに曲がる。
　光は電磁気力そのものですよ。

tetsumyi · Answer

風は圧力が高い所から低い所に向かって吹きます。
普通の温度では、空気の粒子は1秒間に何キロというすごいスピードでぶつかりながら動き回っています。
この空気がぶつかる力を空気圧と言い、地上では1平方センチ当たり約１ｋｇの力が掛かります。
それで、空気が濃い部分から薄い所に向かって移動する粒子の方が多くなって風となります。
気象予報で高気圧、低気圧と言う説明が良く出てきますが、風は高気圧から低気圧に向かって空気が流れます。

どうして高気圧、低気圧ができるかというと、これも気象情報の説明で出てきますが、地上付近の空気が太陽の熱で暖められて膨張して軽くなって上昇するために、地上付近の空気圧が下がって低気圧ができます。
扇風機はファンを回して後ろの空気を前に強制的に送ることで、空気圧を高くしたり低くして風を起こします。

粒子は何故動くのですか

その先生は馬鹿です。

この世界は3次元空間ですけど、いきなりそれで考えるより、単純化して考えてみます（物理学のコツの一つははこういう単純化です）。

微視的には空気分子間の衝突によります。

風が吹くときに動く粒子というのは空気を構成してる窒素とか酸素とかを指しますね。

＞粒子は何故動くのですか

温度ってなんでしょう。

風は圧力が高い所から低い所に向かって吹きます。

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