無重力下ではどうなるか？

質問

無重力下で、ハンマーを用いてガラスに向かって垂直に
光速で打ちつけた。ガラスが割れるか、割れないか
物理的背景をもとに説明してください。
(ガラスの面積はハンマーの打ちつける面積よりも大きいものとする)
また、ハンマーの打ちつける面積と同じ面積のガラスの面積を
使用した場合のガラスが割れるか割れないか物理的背景をもとに
説明してください。

回答No.7

starflora · ベストアンサー

質問者は、真面目に質問しているのだと考えます。

　　ハンマーというと、普通、金槌の大きな感じのもので、鉄製です。しかし木製のハンマーもあります。ハンマーというのは、打撃を与えるもの、というような意味です。「光速で打ち付ける」という条件からは、ハンマーが質量ある物質でできていてはおかしいことになります。光速で、質量ある物質が運動でき、かつそれを投げることができるというような物理学の理論は、公的には認められていません。

　　（質量がある天体が、光速以上の速度で、互いに離れて行くことは、ハッブル膨張の結果として、どうもあるようです。これについては、「ハッブル膨張　光速」などの検索キーで、天文学カテゴリーで検索すると、その話が出てきます。「二度と会えない星」とかいう名前の質問だったはずです）。

　　このハンマーは、光でできたハンマーだと考えるしかありません（または質量ゼロの素粒子）。だとすれば、強い光の束あるいは光子を、ガラスに垂直に放射することで、この場合、重力があると、光の経路が歪むことがあるので、無重力にしておくと、垂直に打ち付けるという運動が保証されます。

　　どうなるかは、光のエネルギーと、ガラスの厚さや強度、物性次第です。非常に強いエネルギーの光だと、割れる、というより、ガラスが溶けます。超高エネルギー・ガンマー線だと、放射面全体が、瞬間にプラズマになって消えるということになります。どうなるかは、条件次第です。

　　面積が等しい場合は、高エネルギー・ガンマー線の場合、ガラス全体がプラズマになって消えるか、残るかという話になります。どうなるかは、エネルギー次第、ガラスの特性次第です。

お礼

回答ありがとうございました。
違う角度から、この問題をみると
そのようなことになるとは
想像もつきませんでした。
たいへん、参考になりました。

回答No.8

westpoint

ガラスの面積にかかわらず、厚みがゼロでなければ割れますよ。

ハンマーとの接触面は加速されますが、反対側は慣性の法則で止まろうとしますから、押しつぶすような力が働いて割れるという力の働きもありますからね。

お礼

回答ありがとうございました。
僕の考え方(No１の回答のお礼)とまったく同じですが、これはハンマーの接触面積よりのガラスの面積が大きい場合では、この考え方が適用できると思いますが、ハンマーの接触面積と同じ面積のガラスを用いた場合はどう説明できるでしょうか？
とにかく、ありがとうございました。

回答No.6

queschan

ranx さんが正解のような気もしますが、
ハンマーがローレンツ収縮することを考えると、
当たるのか当たらないのかどっち？
ということでしょうか？

お礼

ローレンツ収縮という考え方がよく
わからないので何を言いたいのかわかりませんが
ありがとうございました。

回答No.5

noname#5186

もしかしてなぞなぞでしょ。
無重力もハンマーもガラスも光速も面積もただのなぞなぞの為の修飾ですね。
答えは、打ち付けて当たれば割れる。打ち損なえば割れない。です。物理的な背景は、激突したかしなかったかです。

お礼

言っておきますがこれはなぞなぞではありません。
打ち損なえば割れないというのは、それはおかしいですね。
打ち損なったという表現はどのような表現かわかりませんが
もし、ガラスに少しでも接触しているならば、割れるとおもいます。
割れる理由は前に書いた理由(No.1の回答のお礼)と同じなので割愛させていただきます。
解答ありがとうございまいした。

回答No.4

ranx

ＡならばＢという命題は、Ａが偽の場合、Ｂの真偽に関係なく真となります。
ハンマーを光速で動かすことはできませんから、
「ハンマーを光速で打ちつけるとガラスは割れる」
「ハンマーを光速で打ちつけるとガラスは割れない」
はどちらも真となります。

あ、これは物理学ではなくて数学だ（笑）

お礼

問題が悪かったですね。
しかし、これは問題としてですから現実問題とできるかどうか考えてませんから
もし、ハンマーが光速で・・・・と書いておけばよかったですね。
回答ありがとうございました。

回答No.3

cliomaxi

ハンマーを「質量を持った物質が理論上不可能」な光速にするというのは、完全に理論上のことですね。
単純に考えてみましょう。
宇宙空間で、飛来してきた隕石がぶつかって、人工衛星が壊れますよね。
ですから、割れます。
ただ、「打ちつけた」なら、無重力と云う背景は全く意味がないと思うのですが。

お礼

回答ありがとうございました。

回答No.2

semujyu

光速ですか・・・

高速であれば、割ることは可能です。
ただし、ガラス・ハンマーの硬度・質量にもよると思われます。

ただ・・・光速となると・・
質量をもつ物質が光速を越えると、質量崩壊を起こしてしまいますので
ガラスどころか・・事象変換が起こり世界が壊れます（立証した人はいませんが）
仮に、光速の９９．８％までの速度に持っていけたとしたら、
ハンマーの質量は１０の数千兆乗になるため、その衝撃のみで破壊することは可能です。

お礼

良い解答ありがとうございました。

回答No.1

westpoint

質問の意図が読みとれないのですが、光速でなくても割れると思いますよ。

ガラスに質量がある限り慣性が働きますので、無重力下でも割れるときは割れます。

ガラスの質量が限りなくゼロに近いような場合は・・・聞かないで下さい。（笑）

お礼

質問の意図が読み取れないのは、当たり前であってただ問題として、
こういう場合どのようになるのかなぁって思っただけなので
質問が悪ければ誤ります。

ただ、一つ僕が考えたこととして、ガラスの面積がハンマーの打ちつける面積よりも大きい場合はハンマーがガラスにあたるとき、もちろんハンマーと接触する部分は加速されます。接触していない部分は慣性の法則が働き、その場に静止していようとします。この加速の差がガラスに歪みを与えて、ガラスの弾性限界を超えたときにガラスは割れると僕は思いました。ただ次の問題としてガラスの面積がハンマーの面積より小さい場合はどのようになるのか上記(僕の文から)は説明がつきません。本当はこの質問だけしようかなぁと思ったんですが、あと味がわるいのでつけました。
ただ、質問で失敗してしまったこととして、光速とかかずに強くふったと書けばよかったです・・・。
解答ありがとうございました。