もし、地球の中心に行けたとしたら、重力はどうなるの？

質問

地球の中心に到達することができたとしたら（そんなことは実際には無理ですが）、重力はどうなるのでしょうか？
高い山の上と地面では、重力は違うのですか？
（重力について）
高い山（富士山）に登ったとき、自分のからだが軽いとは思いませんでした。（あくまで、自分の感覚ですが・・・）
もし、地球の中心に到着して、重力がなくなるのであれば、地下を掘り進んでいくうちに、自分の体重が軽くなっていくということでしょうか？
逆のことですが、
宇宙旅行をしておられるのを見たときには、一瞬無重力になりますよね。ってことは、宇宙旅行とは、無重力状態になったときのことを言うのでしょうか？
重力の及ぼす範囲は、大気圏だけなのでしょうか？
あれは、大気圏外に突入したということでしょうか？
大気圏を脱出したときに、すごい熱が発生すると聞きました。

無知なのもので、わからないことばかりです。ご回答のほど、よろしくお願いいたします。
娘に質問されたのですが、わからないので困っています。

回答No.4

cliomaxi · ベストアンサー

>高い山の上と地面では、重力は違うのですか？

厳密には違います。
但し、人間が体感出来る事は無く、精密な機器で測定して初めて解る程度のものです。
また、地球の自転による遠心力との合成によって、赤道上は見かけ上の重力が若干弱くなりますが、これも人間が感じる事は出来ません。
因に赤道は地軸方向に比べ若干長い＝地球は完全な球体では無く赤道の方が長い楕円形。
地球の中心に行けば「地球から受ける重力」は無くなります。

物体は質量が有れば重力を発生しますが、小さいとその力も微々たるものなので影響は殆どありませんが、天体ほどの質量になると色々なものを引き寄せます。
大きさでなく質量と書いたのは、例え角砂糖ほどの大きさであっても、質量が惑星や衛生と同じほどの質量が有れば何でも引き寄せるほどの強い重力を発生します。
ブラックホールはこれの大規模なものです。

>宇宙旅行をしておられるのを見たときには、一瞬無重力になりますよね。・・・

ちょっとこれは意味が解りませんが、天体からの重力を殆ど影響ないほど離れている宇宙空間と仮定すると、一瞬では無くずっと無重力状態です。
アニメやSF映画での宇宙旅行と云う意味でしたら、便宜上重力があるようにして有るだけです。
有名なものに「2001年宇宙の旅」のディスカバリー号が有りますが、映像では乗組員は回転する部屋にいます。
これは遠心力で疑似的に重力を作り出しているからです。
最も原始的なものとしてはマグネットやベルクロ(マジックテープ)を仕込んだ靴を使用して足が床に着くようにしてあるものがあります。
もし、天体からの重力の影響を受けない空間を宇宙と呼ぶのかと云う意味でしたら、少し違います。
一般的には大気圏外を宇宙と云い、大体地上125Kmくらいです。
また国際的な条約でも定義されているようです。
http://www.jaxa.jp/library/space_law/chapter_3/3-2-1-3_j.html
例えば、太陽を中心に地球が回っているのは太陽の引力＝重力に地球が引張られているからです。
地球と月も同じ関係です。
この天体間を宇宙空間では無いとは思わないですよね。

>大気圏を脱出したときに、すごい熱が発生すると聞きました。

大気圏脱出だろうが突入だろうが鉄でも溶ける程の熱を発生します。
突入時は地球の重力に引かれて凄いスピードになりますし、大気圏を離脱するにもかなりのスピードがなければなりません。
この際に空気との摩擦による熱が発生します。
これは大気圏脱出、突入でなくても普通の飛行機でも同じです。
音速を越えて飛ぶ戦闘機なども勿論熱対策されています。

補足

大変、丁寧なご回答大変ありがとうございます。
なんか、質問者の理解の超える範囲で、議論が高まっていて、全部理解しきれません。

>厳密には違います。

no.1の方にも質問させていただいたのですが、違うというのは、重力は微妙に重くなるのですか？軽くなるのですか？

>地球の中心に行けば「地球から受ける重力」は無くなります。

地球の中心に行けば、重力はなくなり、
地球から離れれば、離れるほど、重力は大きくなるという理解でよろしいでしょうか？
では、「地球の質量」による重力が一番大きいところは、どこでしょうか？
「地表」？それとも、「宇宙の果て」？
（この際、太陽を公転する遠心力とかは、無視して・・。）

物理が苦手です。(^^ゞ　申し訳ありません。

回答No.9

P-venus

地球中心は周囲からの引力が同一に成るため、相対的無重力です。
相対的無重量とどちらの表現が良いのか分りませんが、あくまでも相対的なものです。
また、自由落下(重力加速度と同一の加速度で地球中心へ移動する事)では相対的無重力状態により遠心力が働かない。
実際、地球の極点と赤道でも重力値はほぼ同じです。
地球が太陽に対して自由落下しているため、地球の遠心力は働かない。
落下実験でも、遠心力が働かない現象が記録されている。
以下、参考例です。
“2003年に宇宙ステーションで行なわれた、実験。”
ご覧の様に、宇宙では重心が無く物体の中心で回転します。
回転軸が物体の中心に移動しますので、宇宙ステーションの日本モジュール暴露部は大変危険を増やしてます。
中国が、「日本の巻き添えは、お断りだ。」として、独自建設に移行した理由です。
​http://www.youtube.com/watch?v=PNLet1lWwmc​
youtubeに、掲載しました。

お礼

お礼が遅くなり申し訳ございませんでした。
皆様、詳しい回答を本当にありがとうございました。
なんだか、ご回答の方が、質問者の理解を超えてしまって、
なんというか、恐縮です。
本当にありがとうございました。
m(__)m

回答No.8

tatsumi01

No. 3 のものですが、No. 6 の方の回答につきまして。
> 地球中心から半径ｒの位置に居る時、半径ｒより内側の球が重力となります。
> 半径ｒよりも外側の部分は万有引力が打ち消しあって重力として働きません。
これは違います。半径ｒより内側の部分が重力となることは、その通りです。しかし、半径ｒより外側の部分はアンバランスであるため、打ち消し合わず反対側により強く引かれます。その効果を計算する必要があります。

私が No. 3 で書いたように、地球の内部での引力は中心からの距離に比例します。このことは大学の物理学の授業で計算しました（といっても教授が計算したのをノートに写しただけですが）から確かです。

回答No.7

cliomaxi

>中心に行ったら、重力ゼロとか言うのは、前提がおかしな間違いです。
>重力を発生する質量に見合った物質が有り・・・、それらの圧力を支える非現実的な超強力な内部が空洞の球が有ってそこの中心の重力はと言っても・・・

おかしくはないですよ。
こう言うのを「思考実験」と云います。
現在は地球の中心で本当に計測する事は不可能でしょうけれど、宇宙開発が進み、無重量状態の空間で人類が加工出来る程度の大きさの物質で計測したりする事が可能になるかも知れません。
例えば、アインシュタインの相対性理論では物体を光の速度に近づけるほど速度が上がらずに質量が増えるとか、時間が遅れる等は当時は実験出来ませんでした。
現在粒子加速器によって原子とかその程度の大きさのものでは有りますが、光速に近いくらいに加速すると質量が15倍だか20倍だか忘れましたが、増える事、寿命(崩壊しない)も延びる事が確認されています。
ただ、質量を持った物質が発生する重力の影響を全く受けないほど距離が離れていて重力が「0」なのと、地球の中心で物質同士の重力が相殺しあって「0」なのかの違いはあります。

回答No.6

tetsumyi

計算上ですが
地球中心から半径ｒの位置に居る時、半径ｒより内側の球が重力となります。
半径ｒよりも外側の部分は万有引力が打ち消しあって重力として働きません。
これは中が空洞の球の内側で働く引力の問題で積分計算によって簡単に答えがでます。
球の体積は半径の３乗に比例しますので中心部で比重が増えたとしても位置に比例した力が働くわけではありませんからバネのような正弦振動にはなりません。

回答No.5

himara-hus

中心に行ったら、重力ゼロとか言うのは、前提がおかしな間違いです。
地球であれば、地質もマグマも核も有ります、水も有ります。
重力を発生する質量に見合った物質が有り、それらに押し付けられるわけです。
地球以外のガスでできている星でもガスにより押し付けられるわけです。
そういう現実の中で、それらの圧力を支える非現実的な超強力な内部が空洞の球が有ってそこの中心の重力はと言っても、それは本当の地球の中心の重力はいくらかということに答えているようには私には思えないのですが。

回答No.3

tatsumi01

簡単のため、遠心力や太陽の引力などは働かず、地球は完全な球とします。

地球の内部に入ったとき、地球から働く引力は地球の中心から引かれる力で、おの大きさは地球の中心からの距離に比例します。
つまり、地球の中心にいるときは引力はゼロで、中心から離れると比例的に大きくなり、地表に出たときに引力の法則で決まる値に一致します。地球の内部にいるときに引力が減るのは、地球の各点からの引力がお互いに打ち消しあうからです。中心ではちょうどバランスして引力はゼロになります。

地球の表面から中心を通って反対側までの穴をくりぬいて、地表からその穴に飛び込んだとします。引力は中心からの距離に比例するので、運動はバネの方程式に従い正弦振動になります。つまり、地球の中心に近づくほど速度が大きくなり、中心を過ぎるとブレーキが働いて、地球の裏側に行ったときは速度ゼロです。そしてこちら側に戻ってきます。空気抵抗がなければこの往復運動を無限に繰り返します。

お礼

早速のご回答、ありがとうございました。

はやり、みなさん、おっしゃっているように、「地球の質量」による重力は、ゼロという理解でよさそうですね。

地球をくりぬいて、その中に飛び込む自分を頭で想像してみました。
空気抵抗がなければ、そういう運動になるのですね。

大変勉強になりました。ありがとうございました。

回答No.2

maxmixmax

確か、海抜0mの地点と富士山やエベレストなど高所で体重を比べた場合、
高所で測った時の方がわずかに軽いと聞いたような。
それが遠心力の差か重力の差かは分かりませんが。

地球の中心に達した場合、無重力というよりも
全ての方向に１Ｇの力で引っ張られるのではないでしょうか。
それがどんな感覚なのかは分かりません＾＾；

どこからが宇宙かという事については
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa12311.html
こちらのＱ＆ＡのNo.5が分かりやすいように思えました。

後、すごい熱が発生するという事に関しては
大気圏内での出来事です。
気体は勢いよく圧縮すると熱が発生します。
宇宙船などが宇宙から地球へ戻ってくる時、
音速を遥かに超えた速度で突入してくる為、
宇宙船の先端付近の大気が押しつぶされて発熱するのです。
よく摩擦熱といわれる事がありますが、少し原理が違うようです。

お礼

早速のご回答ありがとうございます。

>確か、海抜0mの地点と富士山やエベレストなど高所で体重を比べた場合、高所で測った時の方がわずかに軽いと聞いたような。

↑no.1の方のご回答によって、もし、高所の方が重力が大きいということであれば、それは遠心力によるってことになりますね？

今、no.1の方にも再度、質問させていただいたのですが、↓ちょっと混乱しています。

大気圏突入のときの熱は、てっきり摩擦熱だと思っていたのですが、違ったのですね。勉強になりました。ありがとうございました。

回答No.1

zap35

地球の中心では「地球の重量」による重力は０になります。（地球内部の密度は均一とした場合）。
ただし地球は太陽の周囲を公転していますから、遠心力が働きます。また太陽や月からの引力があります。ですから完全には０にはなりません

重力は物体間の距離に比例します。地球の半径は約6,700Kmです。富士山に登ってもは地球中心からの距離は6,700＋3.7Kmです。変化は微々たるものです。（ジオイドなどの説明は省略します）

重力は空気のあるなしに関わらず影響を受けます。（１例として月の引力で潮汐が起きることは知られていますが、地球、月の間に空気はありません）

私は「宇宙旅行」の定義は知りませんが、無重力状態になるのは「自由落下状態」にあるときです。詳しくは下記を参照ください
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%94%B1%E8%90%BD%E4%B8%8B

補足

早速のご回答ありがとうございます。
もう一度質問させてください。

>重力は物体間の距離に比例します。地球の半径は約6,700Kmです。富士山に登ってもは地球中心からの距離は6,700＋3.7Kmです。変化は微々たるものです。

↑その微々たる変化というのは、重力は重くなるのですね？
ってことは、富士山頂の方が重力が重いのですね。
重力は物体間の距離に比例するってことは、離れていくとどんどん重くなるのですよね。
地球の中心では、「地球の重量」による重力は、ゼロで、地球から離れるにしたがって、重力は大きくなる。。。
では、どの地点で一番重力が大きくなるのですか？
「宇宙のはて？」
考えているうちに、混乱し分からなくなってしまいました。
とんちんかんな質問かもしれませんが、ご回答どうぞよろしくお願いいたします。
m(__)m