モータースポーツにおけるGのかかり方

質問

Gについて教えてください。F１やドラッグレースなどで高速になると，もしくはカーブにさしかかると３Gとかいいます。戦闘機が急速に上昇するときなど４Gとかというのは，重力に逆らっての運動なのでGが買ってくるのは理解できるのですが，レースのコースを基本的には平面とみなせると思います。なぜ平面上の運動でGがかかるというのでしょう。慣性力，遠心力といった話ではないのでしょうか，教えてください。

回答No.6

kagakusuki · ベストアンサー

>なぜ平面上の運動でGがかかるというのでしょう。

　については#3さんのご回答とほぼ同じです。
　但し、質問者さんも#3さんも、重力加速度のことを忘れておられます。

>速度が変わらないと、どんな速度であっても発生しません。

　と#3さんは書かれましたが、自由落下をしているのでない限り、(静止中も)常に重力によるGは加わっています。
　Gは加速度そのものの単位として使われることもあれば、物体を加速させようとする力に対抗する慣性力によって生じる見かけ上の加速度の単位としても使われます。
　F１やドラッグレースなどで使われるGは後者です。

>なぜ直線的に上昇するとGはあまりかからないのでしょうか

　ジェット機の上昇中は、地球の重力によって1Gの加速度で下方へ加速するところを、エンジンの推力で逆らって情報へ加速している状態です。
　重力は全ての物体に対して等しい加速度を与えるので、何の抵抗もなく自由落下している場合には、重力による加速度を感じることは出来ません。
　ですから、感じることの出来るのは、エンジンの推力で重力に逆らっている加速度のみとなります。
　ジェット戦闘機は、早く加速できたり、空気抵抗が大きくなる旋回状態を維持しやすくなるので、推力が大きい方が有利なのですが、あまり推力の大きなエンジンを積むと燃料消費も多くなり、戦闘時間が短くなって使い物にならなくなります。
　そのため最新鋭のジェット戦闘機の推力は、総重量量を少し上回る程度ですから、直線的に加速する際にかかる加速度は、1Gを少し上回るくらいです。
　1Gは普段地面に立っている時(地面の抗力が重力に逆らって自由落下を防いでいる)に感じる加速度と同じですから、それよりも少し大きいだけの戦闘機の上昇時のGは大きいとは言えないのです。

　戦闘機に大きなGが加わるのは、旋回などの進路を変えるときで、エンジンの推力よりもずっと大きな、翼の揚力を利用して運動の方向を変えるため、慣性力によるGが大きくなります。

　因みに、打ち上げロケットなどの場合は、所定の軌道に乗せるためには最終速度を厳密に調整しなければならず、燃料を使い切った時に得られる速度が重要になります。
　今仮に、燃料の種類と量が同じ2つのロケット、A型とB型があったとします。
　A型は自重の2倍の推力を出し、B型は自重の3倍の推力を出すとします。
　燃料消費率はおおむね推力に比例しますので、燃焼時間(=加速を持続している時間)は、A型の方がB型よりも1.5倍程長くなります。
　しかし、これら2種類のロケットを垂直に打ち上げた場合。
　A型は自重の2倍の推力を持っているため、打ち上げ直後は地球の重力を差し引いた、1Gの加速度で上昇します。
　一方、B型は地球の重力を差し引いても、打ち上げ直後はA型の2倍の2Gの加速度で上昇します。
　燃料が減るとロケットは軽くなるので、単純な掛け算にはならないのですが、同じ燃料でも地球の重力で目減りする割合の少ない、B型の方が最終速度は速くなります。
　つまり、同じ速度を出すためには、推力を大きくした方が燃料が少なくてすみます。
　ロケットの質量の大部分は燃料の質量ですので、燃料が少なくなれば、打ち上げ時の質量もそれだけ軽くなり、更に加速度が大きくなるため、更なる小型化が可能となり、打ち上げコストが低く出来ます。
　そのような訳で、効率と低コストを追求すると、ロケットは可能な限り推力を大きくした方が良いので、エンジンの推力のみで3～8Gが出せるように設計されています。

回答No.5

Kon1701

＃4です。一つ説明が抜けておりました。
直線的に同じ速さで運動しているときはＧはかからない、ということです。

スペースシャトルでのGですが、これは全く違いまして、加速によるものです。自動車でも、急加速しているときはシートに押し付けられるようになり、逆に急ブレーキのときは前に投げ出されそうになりますね。これと同じです。だけど、車でも一定の速度でまっすく走っているときは、何も感じませんよね。

これに対し、飛行機の急上昇は、上に向きを変えることで、横から見た場合に弧を描くように飛ぶことによるGです。スピードは変らないか、上昇により多少落ちます。その後、直線的に上昇しているときはGはかかりません。

回答No.4

Kon1701

Gのかかり方、戦闘機でも自動車でも基本的には同じです。質問に書かれているのは、戦闘機の場合は上下方向の運動によるもので、自動車の場合は左右方向の運動による。その違いです。
飛行機でも、仮に(機体を傾けずに）水平のまま旋回(普通はしないし、難しいですが）すれば、同じように遠心力で外側にGがかかります。

なお、飛行機ですが、直線的に上昇しているとGはあまりかかりません。ですが、宙返りのように縦の円運動をすると押し付けられるようにGがかかります。また、上昇から水平に移る時、宙返りとは逆方法に弧を描きますが、このときはマイナスのGが掛かります。体が軽くなるような感じですね。

お礼

ありがとうございました。
ですが，なぜ直線的に上昇するとGはあまりかからないのでしょうか，ロケットの打ち上げなんかの映像では押さえつけられているように見えるのですが…
よろしければ教えてください

回答No.3

chiaki_primary

よく言うGとは、加速度の単位で、
加速度とは、
どのくらい加速しているか、
を表しています。

地球が物を引く力、引力は、
質量が大きいものほど大きく、
小さいものほど小さくなります。
結果、摩擦などを除いて理想的に考えれば、
すべてのものは同じ加速度を受けながら落ちます。
（ガリレオの実験ですね）

この一定の加速度を重力加速度といいます。
これが1Gです。

加速度なので、
速度の変化があれば常に発生します。
平面であろうと、重力方向だろうと、なんだろうと、
とにかく、速度が変われば発生します。
速度が変わらないと、どんな速度であっても発生しません。

戦闘機が加速すればそのぶんだけ、
カーブで運動の方向が変われば、
その変わった分だけ、変わった方向に対応して、
加速度が発生します。

注意すべき点は、
「加速度」と「力」がよく混同される点です。
日常会話では「G=力」で問題ないですが、
加速度は力ではありません。
同じ加速度でも、質量が大きいと力が大きくなります。

こんなとこで、どうでしょう？
ちょっと説明不足ですが、
力学を全部教えるわけにいかないので。

わからなければ
高校くらいの力学の本を読みましょう。

お礼

よーくわかりました，ありがとうございました。
Gは力ではない，力は質量×加速度とのことですが，すると同じ加速度でも，質量の大きな人は押さえつけられる力が，質量の小さな人より大きくなって，より押さえつけられる力を感じるということでしょうか？　それと
日常会話の「3Gの力がかかる」とかっていうのは，加速度が重力加速度の３倍，だから力が３倍体にかかるってことになるということなのでしょうか
よければ教えてください。

回答No.2

missile_man

はじめまして。

慣性力，遠心力といった話であってますよ。
コーナーリングでは、常に横からのＧ（横Ｇ）が
かかってきますし、ブレーキング時は前へＧが
かかります。

カーブを曲がる時で説明すると、
体や車体はコーナー外側に向いて慣性が働いているが
、内側に進行方向を変えた時に慣性と反対の力が発生し
Ｇとして感じます。

Ｇは慣性によって発生してます。
慣性とは、前に進んでいる時は止まり難くする力で
止まっている時は進みにくくする力です。

文章能力が無いんで勘弁して下さい。

お礼

ありがとうございました。
「Gは慣性によって発生する」ってことは「２Gとか
３Gの力」とかは重力加速度によってはっせいするわけではないんですね，良ければ教えてください。

回答No.1

manda

まさに、
　「カーブだから、遠心力」
でいいのではないでしょうか。

宇宙飛行士がＧに耐えるための訓練で、遠心分離機
のような物に入るのっを、ご存知ありませんか？

お礼

見たことあります。
解答ありがとうございました