空想化学なんですけど

質問

重心って地球の中心にあるんですよね。
だから何も加わる力がなければ、物は垂直に落ちると
習いました。しかし、実際絶対ありえませんが、
もしも重心が中心じゃなければ、我々にはどのような
影響が及ぶのでしょうか？
例えば重心が、地球の右端にあったとしたら、場所に
よっては、物が垂直におちたりしますが、場所によっては
斜めに物が落ちたりするんですかね？？？
これは、学校の春の研究課題にしようと思います。
あなたの想像する影響を教えてください。
詳しい根拠でもなくてもいいです。たぶんこんなんだろう
というような漠然とした理由でいいですので、
たくさんのご回答待ってます。

回答No.4

starflora

地球の重心が中心にない場合、どうなるかは、色々な天体で、重心が中心にないものは現実にあるのです。長い間時点運動していた巨大な質量の惑星や恒星だと、重心は大体中心にあります。しかし、不規則な形の小惑星や、また片方の質量が異常に大きい連星系などだと、星の重心が中心からずれてきます。

　　重心が地球中心にないような形で、質量分布、密度分布になっていた場合、どうなるかで、これは長い時間を経過すると、地球の場合だと、物質移動がゆるやかに起こり、重心は地球の中心へと移動して行きます。しかし、移動前に、どうであるかを考えたのがわたしの回答です。

　　突然、重心が地球の中心から表近くに移動するというのは、ブラックホールか小型の中性子星でも表面近くに出現すると、そういうことが起こるかも知れませんが、確かにそういうことが起これば、海洋の水などは、急激に移動して、大津波が地表で起こるでしょう。しかし、どれぐらいの質量の中性子星なのかで話が違って来ますが、地球の質量が二倍程度になるぐらいの中性子星なら、重心近くでは、地殻が陥没し、マントルの物質移動が起こるでしょうが、その他の地点では、たいした変動は起こりません。無論、ものの落ちる方向が重心に向かうというようなことは起こります。

　　また、一体、どんな質量が加わって、重心の位置が変化するのか分かりませんが、回転運動で、地球がちぎれるとか、それは、ないと思います。回転モメンタムを大きくすれば、極端に大きくすれば、別に重心が中心にあっても、地球は平べったい回転楕円体に変化して行き、もっと回転速度が速くなると、地表面から地殻やマントルなどが宇宙に飛び出すということが起こるかも知れませんが、そんな極端なことに、なる「過程」はどういうことなのかということが先に疑問となります。（地表近くに、巨大質量が突然現れるという時、回転モメンタムはどうなるのかという話も加わります。静止状態で出現する場合、地球の回転運動の継続で、中性子星は、マントルや地殻を貫通して、地球の外に出てしまうでしょう。地球の回転モメンタムが中性子星などに移動することより、そのような高密度天体なら、地球の回転運動に合わせて運動するマントルなどを、簡単に貫通してしまうのです）。

　　突然、何が起これば、という質問に対する答えは、空想的なシチュエーションですが、確かに大激変が生じるということが云えます。しかし、その場合でも、回転モメンタムがそのままなら、中性子星が地表近くに出現して、重心が、その辺りに移動したとしても、地球がちぎれるなどということは起こりません。

　　先に潮の満ち引きへの影響を書きましたが、海水はかなり薄くしか地表を被っていませんので、満ち引き以前に、海水が、重心のある側に全部吸い寄せられる（落下する）ということになるでしょう。ただし、それも、重心の移動の程度です。（「地球の右端」に重心があるとは、どういうことかよく分からないのですが、「地表にある」ということなら、それはありえない、ということになります。「地表近くにある」というのなら、原因はともかく、ありえないことではありません）。

回答No.3

sesame

んー、そりゃすごいことになるでしょうねえ…。
そもそも地球が球なのは、自身の質量による重力のせいですよね。
地球はマクロ的に見ると剛体ではなく、けっこうぷよぷよな弾性体なんですよ。
だから平均地表面より高いところがあれば沈むし、低い所があれば浮き上がって、全体として重心から等しい距離に均そうとします。
結果として球（正確には回転楕円体に近いいびつなクリ型）になっているわけです。

もし地球の表面か、それに近い内部に重心が移ったとしたら…それってそこが地球すべての「下」になるってことですよね。
となると、周囲の地表面は、その重心を基準に考えると垂直な絶壁。
地表の物はおろか、地盤も海水もそこに向かって一気に大崩落を起こすでしょうね。
（はじめ「気象はどうなるんだろう？」とか呑気に思いましたが、冷静に考えてみると気象どころの話ではなさそうです）
自転軸もそこに突然移動するわけですから、もろい玉の端をつまんでぶん回すようなもので、地球全体がちぎれて分解してしまうかもしれません。

正確にシミュレーションすれば、地球が何分で、どんな形で崩壊するかも描けるかもしれませんが…ただその場合は、どういうメカニズムで重心が移動したかを設定してやる必要があると思います。
というのは重心というのは質量の大半がそこに集中しているということですから、普通に考えるとそこに大質量点（ブラックホールのような）を安置でもしないと地表近くに重心を移すことはできません。
で、それだと地球の質量自体が変わっちゃうんで、
「地球の構成物質の大半を比重の極端に軽い物質に変え、その分の質量を縮退させてで地表近くに質量点を作る」
というケースも考えられます。
ただこの場合、「比重の軽い物質」は剛性も低いことになり、結局質量点に向かって大崩壊してしまうような気がします…。

回答No.2

starflora

重心というのは、主として「回転運動」に関して意味を持つ概念というか物理概念です。仮に地球が静止していたとして、外力が加わって運動し始めると、その運動は、特定方向への直線運動と、回転運動に分かれます。回転運動は、外力の加わり方で、回転モメンタムというものが地球に与えられた時、回転を始めるのです。

　　そこで、重心は、こういう地球の運動が平衡状態に達すると、回転運動は、地球の「重心」を中心として行われるということになるのです。回転の方向とか、どこが北極・南極に類比的に対応するかというのは、加わった回転モメンタムによって決まります。

　　地球の中心に重心があるというのは、現在の状況でも「近似的」です。その結果、地球の回転運動には、歳差運動以外に、僅かな不規則性があります。

　　重心が極端に偏っている場合、まず、地球の自転運動は、重心を中心に起こるので、球が地球中心を通る軸で回転しているというより、重心を通る軸の周りで回転するということになります。

　　また、重力は、重心が地球の中心近くにないということは、質量分布が球の中心点についての点対称でないということで、当然、重心に向け、ものは落下します。実際、局所的には、地球上で、ものの落下方向が、地球中心に向かう垂直な方向でない場所があります。何か、質量の不均衡が地下であるのだと考えられます。

　　また、潮汐力が、この重心の位置の変化で変わります。どういう具合になるかは、重心の位置を指定しないと分かりませんが、潮の満ち引きに変化が起こります。例えば、ある地点が満潮の時、丁度地球の球の反対の地点も満潮になるというのが普通ですが、そうはならないというようなことが起こります。

回答No.1

jun1038

こんばんは。

自転に伴う遠心力とか、月や太陽の引力とか、そういったメンドクサイことは
とりあえず置いておいて、
ご指摘の通り、「場所によっては斜めに物が落ち」ます。

質量の無視できるごく軽い球を考え、その表面の１点にすごい高密度の物体が貼り付いているとします。
この場合の質量は、その高密度の物体の質量しか考えられませんから、
万有引力の法則により、その質量の方向に引力が生じますが、
生じる力の向きは、例えば、球の極にその高密度の物体があるとき、
赤道では明らかに球の表面に対して斜めになります。

ただし、そのすごい高密度の物体に対して、埃などは寄ってくるは、
岩石も移動するは、で、長い年月のウチには
結局はそれが地球の中心になってしまうと思われます。

では。