基本的な物理（力学）について。

ロケットは、作用・反作用力で、推進しますよね？

その作用と反作用の力は、運動の第３法則によって、内力と規定されていますが、
さほど、内力とみなすなら、
別して、外力が加わらない限り、運動量が変わらないという運動量保存則、つまり、静止系（あるいは慣性系）で用いられる同保存則に反しているように思うのですが間違いでしょうか？

上記に誤りがあれば、即、正して下さい。

No.10 回答者： uen_sap 回答日時： 2014/10/10 17:22

何を言っているのか理解できない。

内力、外力は対象をどうみるかでどうとでもなる。

ロケットの場合、燃料と本体の運動量が対象であり、
ロケットが推進するといっているのだから、燃料と本体は別もの。
燃料の増減する運動量がロケットの運動量の増減おなる。
もちろん、このとき、燃料とロケット間に働く作用・反作用は外力である。

味噌もくそもごちゃまぜ理解です。

No.9 回答者： tknakamuri 回答日時： 2014/09/29 21:40

〉

http://ja.wikipedia.org/wiki/運動の第3法則

では質点間の相互作用=内カ

ってなっているけど、真っ赤な嘘なので
信じないように。内力かどうかはどこまでを
ひとつの系として定めるかできまる。
2個の質点があって片方は系の外なら、その質点
から受けるカは外力。作用・反作用は力が内力だろうが
外カだろうが成り立つ基本法則。

運動量保存則は外カの働かない閉じた系でのみ成り立つ法則。
つまり噴出物とロケットの総体で考えなくちゃいけません。

No.8 回答者： fxq11011 回答日時： 2014/09/28 18:19

国語としての言葉の知識だけで考えているように感じます。

物理なら物理の現象を表現した言葉としてとらえると、それはどんな現象か？・・・と理解が進むはずなんですけど。
知識は豊富なんだろうけれども・・・・・。

No.7 回答者： tadys 回答日時： 2014/09/28 15:44

内力とみなしたいのであれば、ロケットと噴出ガスを大きな容器にでも閉じ込めてその容器を含めた運動量を考える必要が有ります。

あなたはロケットについてだけ考えていて噴出ガスについて考えていないので保存則に反しているように思えているのです。
ロケットが得た運動量をちょうど打ち消すような運動量を噴出ガスが得ています。

No.6 回答者： hitokotonusi 回答日時： 2014/09/28 15:02

内力外力っていうのは絶対的な基準で決められるものではなく、

どの物体で力学系を構成し、どの物体を外部に置くかと、
その系を扱っている人が決めるものです。

発車前から持っている燃料全部とロケット本体を一つの力学系とみなしてやれば、外力は働かないので全て内力となり、燃料とロケットをあわせた全運動量が保存します。

噴出する燃料を外部とみなし、噴出後に残った燃料とロケットを一つの力学系と見なせば、
噴出した燃料とロケットの間に働く力は外力となり、ロケットと残った燃料の運動量は増加すると記述できます。

作用反作用の法則は二つの物体の運動方程式を加えるところで働きます。
物体１と物体2が互いに力を及ぼし合い、他に力が働かないとすると、運動方程式は

物体１ m1 a1 = F12
物体２ m2 a2 = F21

これを加えると

m1 a1 + m2 a2 = F12 + F21

ですが、F12とF21が作用反作用の関係に有るのでF12+F21=0。
左辺は微分を使ってd/dt(m1 v1 + m2 v2)と書き直すことができ、
m1v1+m2v2は両方の物体の運動量の和である全運動量Pなので、結局、

dP/dt = 0

となり、全運動量が保存することになります。
物体１、物体2をあわせたものを一つの力学系と見なすとF12, F21が内力で、
運動方程式をくわえて系の全運動量についての運動方程式にした時に内力は消えます。
これが運動量保存則です。

No.5 回答者： Dio_Genes 回答日時： 2014/09/28 14:47

　#3です。

>「作用・反作用が分かっていながら、なぜ内力だと思ってるのかな？」とのことですが、私は、単に、以下の関連サイトで、さほど、『内力』と書かれている為、不思議に思っただけです。

>http://ja.wikipedia.org/wiki/運動の第3法則
>
>確か、原文（英文）では、内力(internal stress)の表記がなかったような気もしますが....
>日本語表記が間違っているのでしょうか？

　対応する英語のページがありませんけど？　何を見たんですか？

　さて、先の回答で私はこう書いていますよね。

#3>内力は考えている系内でしか力を及ぼさない。そこはきちんと押さえてください。それゆえ、もしロケットと噴射した燃料ガスも含めて一つの系だとするなら、運動量は変化しません。考えている系は何か、ということも大事です。

　そして、そのウィキペディア（運動の第3法則）では、こう書いてありますよね。

>したがって、外力がなければ、重心は時間によってその速度を変化させず、静止または一定の速度で運動する。

　同じことを言っているのに、なぜかと問う理由が分かりませんが？　もしかして、同じだと分からないですか？

　それだと、力学を勉強してからでしょうね。物理学の考え方の必須の入門である、力学の考え方自体になじめていないなら、力学を理解するのは無理です。ひいては、物理学全ても。

　台車の例、何も仰いませんね。分からなかったですか？　あれだけ単純、平易な例で、類することなら身近でよくあることなのに。もしそうなら、……ま、いいでしょう。

　で、書いてあることを読み、書いていないことは読んだつもりにならないこと。これは力学の勉強以前の問題です。それができないと、勉強自体が成り立ちません。

　もし次に意味不明なことを仰るようならそこまでです。何も申し上げないでしょうし、今後はどんなご質問も触れないようにします。

No.4 回答者： Tann3 回答日時： 2014/09/28 12:27

　質問者さんの考える「内力」とは、この場合は「ロケットを取り囲む、周辺まで含めた閉じた空間」ということです。

ロケットから放出した推進のための噴出物も含めた「閉じた空間」ということです。
（本当は、もっと広く考えた「宇宙全体」という閉じた空間での「内力」なのですが、ロケットを含む半径数キロ程度の狭い空間を考えてもよい、ということです）

この回答への補足

できれば、回答No.3の補足コメントの質問にも、お答えの程を。

補足日時：2014/09/28 14:08

No.3 回答者： Dio_Genes 回答日時： 2014/09/28 12:06

　#1です。

>なおも誤りがあれば、ご即答願います。

　最初から力学の基本事項から間違っています。作用・反作用はいいですよ、大事な概念です。それが運動量保存則を満たすことが分からないでおられるわけです。

>如何せん、どちらにせよ、作用・反作用の法則に準じている訳で・・・、そうすると、運動の第３法則によって、内力とみなすべき？と言わざるを得ないではないでしょうか？
　燃料ガスをどこへ出していますか？　それは質量と速度を持っていませんか？

　よくある台車の上に乗った人の例を出しましょう。実際に体験実験で使われています。

　摩擦が事実上無視できる台車と平面があり、野球のボールが何個も載せてあります（カゴにでも入れておきましょう）。人が静かに台車に乗ります。台車は動いていません（うっかり、動かしてしまったら止めればよい）。

　乗った人は台車の上にあったボールを台車の前に向ってどんどん投げます。作用・反作用で台車は動きます。なぜなら、ボールに与えた運動量は、向きを反対にして台車＋人（＋まだ残っているボール）に与えられるからです。

　なぜ与えられたか？　それが作用・反作用です。仰っていることは、そういうことなんです。ですから、回答を書いていて実は、「作用・反作用が分かっていながら、なぜ内力だと思ってるのかな？」と不可解に感じてるんですよ。

　もっと簡単な例なら、台車＋人を2組用意して、近づけて向かい合わせ、人同士が互いに押し合ってみればいいです。台車は2台とも動きます。それも、作用・反作用であり、運動量保存則です。

　ロケットと別の例もありますよ。ロケットで勘違いを起こすなら、おそらく、それでも勘違いするんじゃないかと心配です。自動車です。自動車内のエンジンの動力をタイヤに伝えて走りますね。自動車は外からの力を受けていないように見えるけれど、地面を押して動いている。それも内力ではないんですよ。

　内力は考えている系内でしか力を及ぼさない。そこはきちんと押さえてください。それゆえ、もしロケットと噴射した燃料ガスも含めて一つの系だとするなら、運動量は変化しません。考えている系は何か、ということも大事です。

　そのことがどうしても分からないとしたら、どうしたらいいか。力学を諦めることです。力学を諦めるということは、物理学のほとんどは諦めなければなりません。物理学は学習者の思考に合わせて法則を変えてくれたりはしないからです。

この回答への補足

「作用・反作用が分かっていながら、なぜ内力だと思ってるのかな？」とのことですが、
私は、単に、以下の関連サイトで、さほど、『内力』と書かれている為、不思議に思っただけです。

http://ja.wikipedia.org/wiki/運動の第3法則

確か、原文（英文）では、内力(internal stress)の表記がなかったような気もしますが....
日本語表記が間違っているのでしょうか？

補足日時：2014/09/28 14:05

No.2 回答者： hitokotonusi 回答日時： 2014/09/28 11:53

過去に噴出した燃料の運動量を全て合計すれば保存しています。

ロケットの計算では前に噴出した燃料の運動量は除外して計算するでしょ。

この回答への補足

できれば、運動量保存則で説明されるのでなく、回答No.1の補足コメントの質問（作用反作用の・・）に相対して答えて戴けないでしょうか？

補足日時：2014/09/28 12:04

No.1 回答者： Dio_Genes 回答日時： 2014/09/28 11:05

　内力ではないです。

ロケットの噴射とは、燃焼によって生じたガスをロケット外に吹き出すことによって得られています。ガスにも質量があります。

　例えば、質量M+mのロケットが静止しているとして、mの質量のガスを速度vで吹き出したとしましょう。単純化のため、一瞬で吹き出したとします。それでロケットがVの速度になるとします。すると運動量保存則より、、

　(M+m)×0＝MV＋mv　∴V＝-mv/M≠0

となり、ロケットの速度は0でない、つまり変化したことが分かります。

　内力とは、ロケットであれば、ロケット内で生じた力がロケットに対してだけ及ぼされることを言います。ロケット内で生じた力によりロケットは加速されますが、その力がロケットに返されるために減速され、速度が0に戻ってしまうのです。

　一方、ロケットの噴射はロケットに力を及ぼし、かつ、その力はロケットに返されず（※噴射したガスをロケットが止めるということ）、それっきりになります。そのように、外に向かって力を出すだけになると、内力ではないのです。

この回答への補足

貴回答の通り、ロケット内で生じた力とロケット外へ出す力に分けて考えてみても、如何せん、どちらにせよ、作用・反作用の法則に準じている訳で・・・、そうすると、運動の第３法則によって、内力とみなすべき？と言わざるを得ないではないでしょうか？

なおも誤りがあれば、ご即答願います。

補足日時：2014/09/28 11:20