大気圏突入のとき

質問

隕石や宇宙船がものすごく早い速度で大気圏と衝突すれば摩擦で熱くなると言いますが、自転車で下り坂を下っても少しも暖かくないし自転車もまったく温まらないのは何故ですか？
スピードが足りないのなら具体的にどれくらいの速度を出せば暖かく感じるのでしょうか。

回答No.3

ElectricGamo · ベストアンサー

具体的に計算してみましょう。

隕石や宇宙船が再突入する際には空気の解離や電離などがあるので話は簡単ではないのですが、温度上昇はスピードの2乗で効いてきます。

ざっくりと評価するのであれば、温度上昇ΔTは

　ΔT=T×(γ-1)/2×M^2

から計算できます。ここで Tは静止した状態の空気の絶対温度、γは比熱比で空気では1.4、Mはマッハ数で速度を音速(約340m/s)で割ったものです。

これを使って、常温付近(T=300K)で求めてみますと温度上昇は

　自転車 (M=0.016≒時速20km/h) 約0.015度
　新幹線（M=0.3≒時速300km/h） 約 5度
　旅客機 (M=1) 約50度
　戦闘機 (M=2) 約240度 ← アルミ系の合金の耐熱限界

のようになります。新幹線ぐらいの速さであれば温度の違いを感じられるかも知れませんが、日常生活で温度変化を感じることはないでしょう。

ちなみにM=3では540度の上昇です。

お礼

なんと理知的なご回答でしょう！
具体的に数値を教えていただき、ありがとうございました。

回答No.4

sanori

こんばんは。

＃２様のご回答のとおり、桁違いだからです。
＃２様がおっしゃるブレーキの例は、ある意味適切で、制動を空気との摩擦でやるか、ブレーキパッドとリムとの摩擦でやるかの違いだけです。

空気とブレーキとで何が最も違うかというと、
空気によって冷却される効果があるかないかです。
最高スピードの新幹線の窓を開けて（実際は開けられませんが）手を外に出しても、暖まるどころか、その反対に冷えてゆきます。

空気との摩擦による温度上昇の効果が顕著になるのは、それをはるかに超えたところになります。

冷却の効果を無視して温度上昇を確かめるには、ブレーキパッドの温度上昇をみるのが、むしろ適切なんです。

ちなみに、若い頃、観光地の下り坂でエンジンブレーキを使わずにブレーキペダルばかり踏んでいたら、タイヤの辺りから白煙が出たということがありました。

お礼

回答ありがとうございます。
そういうことなんですか！
＃2様に失礼なことを書いてしまいました。ゴメンナサイ！

回答No.2

outerlimit

速度が桁違いだからです
少なくとも千倍です
摩擦熱は速度の二乗にほぼ比例です
自転車でブレーキをかけながら坂を下って　ブレーキを触ってみてください

お礼

感覚的なもので申し訳ないのですが、もう少し具体的にお願いします。
ブレーキは空気との摩擦で熱くなるのではないと思いますけど。

回答No.1

AVENGER

少なくとも、音速を超えないと無理。
「熱の壁」で検索するとわかると思いますが、マッハ３とか、そんなレベル。

お礼

マッハ３を越えると機体が熱くなるんでしょうか。