静止したロケットのエネルギーはどこへ？

質問

質量mのロケットが地上からある高さの所で下向きの推力Fを出して静止しているとします．
この場合，運動エネルギーは0で位置エネルギーの変化も0です．
でも，ロケットは推力としてエンジンからあるエネルギーを受けていると思います．（一つには決まらない気がしますが・・・）
そう考えると，エネルギー保存の式がおかしくなる気がするのと，エネルギー保存が成り立つとすると得られたエネルギーはどこへ行ってしまったのか分からなくなります．
エネルギーと運動量の違いが関係しているのでしょうか？
なにか，いい説明がありましたら，教えてください．

回答No.18

noname#104477 · ベストアンサー

＞エネルギーを必要として高さを維持することもあると読み取ったのですが、その場合でも力とエネルギーは関係がないのでしょうか？

ここの部分ですがそのとおりです。
順を追って考えてください。

１、噴射しているがロケットは静止している。
２、テーブルの上にコップが置いてある

規模は違いますが1と2はまったく同じ状態です。
２のコップはエネルギーを受け取っていると思いますか？勿論何処からもエネルギーは受け取っていませんね。それと同じ事です。

仮にコップが外部から何らかのエネルギーを受け取っているとすると決定的な矛盾があります。

矛盾１、つまりコップはエネルギーを受け取っているはずなのに何も変化していないと言う事です。位置も温度も大きさもです。

矛盾２、そのエネルギーは一体何処から来るのか？？無から生まれるのか？そうだとすれば永久機関が出来るという事でやはり矛盾している。

ロケットも同じ事、空中に静止しているロケット本体が何らかのエネルギーを受け取っているならその前後でロケットは何かが変化しなければなりません。
『エネルギーを受け取っても何も変化が無い』と言う事は理論的にありえませんね。

結局ロケットは何も変化していない→エネルギーを受け取っていない。と言うことです。
なら噴射のエネルギーは何処へ行ったかですが、熱、光、本体を振動させるなどに使われたと言う事ですね。
膨大なエネルギーを消費して何の仕事もしていないと言うことです。
ここで『仕事』とは物理学でいう仕事です。

補足

お答えありがとうございます。
分かりやすい説明で大分理解できました。
問題の本質に近づいてきた気がします。

１、噴射しているがロケットは静止している。
２、テーブルの上にコップが置いてある
が力の釣り合いから見て、同じ状態であることはよく分かります。
ただ、片方はエネルギーを消費して、片方はエネルギーを消費しないという状況ですよね。
ここの違いがよくわからないのです。
「なんのエネルギーを使わないで出す力」と「無駄なエネルギーを使って出す力」みたいなのがあるようなきがするのですが・・・。
無駄なエネルギーを使わなくてはならない理由みたいなのを知りたい気がします。
最初の質問と大分違ってきてるかもしれませんが、よろしくお願いします。

あと、
＞ここで『仕事』とは物理学でいう仕事です。
とありますが、物理学以外でいう仕事ってどういった仕事のことですか？
その仕事はしているという事ですか？

回答No.6

qaz_qwerty_me

私の勘違い？

『静止したロケット』って『地球から見て静止したように見えるロケット』ではないのでしょうか？　地球とロケットでは相対的に静止していますが、月など他の座標から観測すれば運動しているのでエネルギー保存は破られなと思いますが・・・

補足

お答えありがとうございます。
自分でもよく分からなかったので、質問がうまくできてなかったと思いますが、
ちょっと知りたいことと違うような気がします。
もう少し、説明を頂ければ助かります。

回答No.5

hogehogeninja

エネルギーの変化量は
受けた力×距離

動かなければロケットはエネルギーを受け取っていません。
これは机の上のものが机から力を受けても動かなければエネルギーを受け取らないのと同じ。
支える力が何であるかは関係のないことです。
しかし、力を維持するためにロケットはガスを高速で噴出するので、エネルギーはここに使われています。

補足

ありがとうございます。
エネルギーは支える力を出すために使われているということですね。
ただ、ひとつ疑問なのは、机で物を支えた場合はエネルギーを使わずに、支える力を出していると思うのですが、このエネルギーを使う必要がある時とない時の違いはなんなのでしょうか？基本的なエネルギーはなくても力は出せるということでしょうか？

回答No.4

ryn

大部分は周りの空気の熱エネルギーに変換されていると思います．

補足

お答えありがとうございます。
熱エネルギーにもなっていると思いますが、その他の部分は何になっているのでしょうか？

回答No.3

myeyesonly

こんにちは。
位置エネルギーを維持するためにロケットの推力が使われています。

ここで混乱しそうなのが、「それでは、軌道面の高さの山があって、そこにロケットを置いたら、エンジンを点火しなくても、その高さにあるじゃないの？」って事になりますが、この場合、ロケットの重さは山を圧縮する力として働きます。
がけ崩れでもおきて山が崩壊すれば墜落するわけです。

実際にこんな高い山が存在しないのは、岩石の強度では、そんな高い山の重さを支えきれないので、自分の重さで崩壊してしまうからです。

補足

力がつり合っているのは分かるのですが、力とエネルギーの関係がよく分かりません。力がつり合っていてもエネルギーは変化すると思うのですが・・・。

回答No.2

okg00

推力Fと重力がつりあっているから静止しているのでは？

補足

力がつり合っているのは分かりますが、エネルギーはどこへ使われているのかが、よく分からないところです。

回答No.1

abcdsfg

静止しているということは、鉛直下向きにかかるｍｇの力と、鉛直上向きの推力Ｆ（あなたがいう、エンジンから受けているエネルギー）がつりあっているということで説明がつくのでは？？