無重量状態について

質問

宇宙ステーションでは、無重量状態です。
これは一般には、遠心力と重力がつりあっているからだとされます。
それならば、地上で人が立っているときに、その重力と垂直抗力がつりあっているのと何が違うのでしょうか。
なぜ、地上では、無重量とは感じないのでしょうか。

回答No.3

BookerL · ベストアンサー

いろんな答え方ができそうですが。

＞地上で人が立っているときに、その重力と垂直抗力がつりあっているのと何が違うのでしょうか。

　違いはないともいえます。
　宇宙ステーションの中でも、地上でも、人に働く力がつりあっているので、人の体は動きません。（正確には「力がつりあっている」←→「加速度を生じない」というべきですが、初めに静止している物体は、静止したままなので、「力がつりあって動かない」という表現にしておきます）

＞なぜ、地上では、無重量とは感じないのでしょうか。

　地上で働く地面からの垂直抗力は、足の裏だけに働きます。体の筋肉や三半規管の中には地面からの垂直抗力が働きません。
　これに対して、「遠心力」は物体の全ての部分に働きます。筋肉にも働くので、「体が宙に浮いた感じ」になるし、三半規管の中にも働くので「上下方向の感覚がなくなる」ということになります。

※遠心力は「慣性力」といわれる力の一種で、「見かけの力」といわれることもあります。宇宙ステーションの中を基準にする立場だとこういう力が働いていると考えればいいわけです。
　宇宙ステーションは地球のまわりを円運動しているので、宇宙ステーションを「外から見る」立場で考えると、「遠心力」という力は考えません。宇宙ステーション（や、その中の人間）の受ける力は重力だけです。重力だけを受けている物体の運動は「自由落下」といわれます。宇宙船も中の人間も自由落下しているので、地上で重力と垂直抗力を受けてつりあっているのとは、違うわけです。

回答No.8

gyrch

結局、人間の体は弾性があり、応力に対してわずかながらも歪む。
それを人間の脳が感応するので、外力の総和が０であるか否かに
かかわらず、応力が０なら無重力状態を体感すると言うことでは？

回答No.7

rukuku

こんにちは

＞地上で人が立っているときに、重力と垂直抗力がつりあっている
この状態は、人が床や地面からの反力を足で受け、それが骨や筋肉・内臓などを通じて上に伝わっていきます。この場合は、全身が重力に耐えているから今の位置関係を保てます。

＞宇宙ステーションでは、無重量状態です。
無重量状態の場合、遠心力と引力の釣り合いのため、体のどの部分にも力が働いていません。

表現が難しいのですが、体中に
↑
・
↓
という力が働いていると考えてください。
ただし、その内訳が違います。
地上にいるときには、↓の重力に対して、体の各部位が頑張って↑を作り出しています。
宇宙ステーションでは、↓の重力に対して、遠心力が↑を作り出すので、体の各部位が頑張る必要はありません。

補足

どうも
では質量のある素粒子一個について考えましょう。
地上で素粒子が「落ちている」場合、垂直抗力と重力がつりあっているのですよね。
このとき素粒子は無重力を「感じて」いるのでしょうか。

回答No.6

my3027

判り易いHPがあったので参考に。一応JAXAの。あと、

遠心力というのはいわゆる慣性力です。
宇宙船の中では、慣性力と実在の力の区別をつけることはできません。
これがアインシュタインの等価原理です。
＞慣性「質量」と重力「質量」は等価って原理。まあ慣性力と重力(実在の力）は区別できないともいえるけど。

無重力と無重量とは違います。
宇宙船の中は正確には無重量状態だと思います。
この場合、力が働いていても構いません。
＞上記の等価原理から、無重量と無重力を区別する方法は存在しないらしいよ。力が全く無い状態OR慣性力を含む系で合力が0の場合、無重力(無重量）
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%84%A1%E9%87%8D%E9%87%8F%E7%8A%B6%E6%85%8B

これは一般には、遠心力と重力がつりあっているからだとされます。
＞他の回答者さんの指摘にもあるけれど、観測者が
・宇宙船内の系：引力(重力なのかな?)と遠心力が釣り合っている。
・船外の系：自由落下している
場合が無重力(無重量）らしい。けど後者の場合、力が作用してないのか慣性力との合力が0なのかは？です。

参考URL：

http://spaceinfo.jaxa.jp/ja/gravity.html

補足

>上記の等価原理から、無重量と無重力を区別する方法は存在しないらしいよ。
そういえばそうですね。無重量というのは宇宙船の外から観測したということかな。また、無重力というのは宇宙船の内部の観測とも言えるかも。

回答No.5

rabbit_cat

遠心力も重力も、質量に直接効く力な野に対して、垂直抗力は足の裏にしか効きませんから。
例えるなら、バスに乗っていて、バスが急に左カーブしたときに、受ける力の感じと、自分の左側に座っている人に押されたときの、感じ方の違いというか。

回答No.4

takarajun

＞遠心力と重力がつりあっているからだとされます

遠心力と重力ではなくて、遠心力と地球の引力が釣り合っているからです。
地球の自転はご周知のように24時間で一回転ですから、遠心力の影響を殆ど受けません。
そして「地上」は引力の影響を“まとも”に受けるので24時間で一周するようなゆっくりした回転では引力に負けてしまっているからです。
尚、赤道上と地軸部分（南極、北極に近いところ）ではほんの僅かですが重さが変わり、軽くなります。

一方の宇宙ステーションは地上はから100km以上離れているので、引力の影響が地上より弱くなり、地球の回りを周回するステーションはその遠心力と釣り合うわけです。

静止衛星は地球上から見ると同じ位置に居ますが、スペースシャトルよりも地球からう～んと遠いところを周回しています。
う～んと遠いので回転周期も地球と同じ24時間というゆっくりした回転でも引力と釣り合うので落ちてきません。

これは太陽と惑星の関係と似ており、冥王星と水星とでは太陽を一回りする周期がまるで違うのと同じですね。

回答No.2

my3027

宇宙ステーションでは、無重量状態です。
これは一般には、遠心力と重力がつりあっているからだとされます。
＞そうでしょうか？では惑星から十分離れた空間は無重力ではないのでしょうか？無重力とは「力がつりあっている(物が動かない）」状態ではなく「力が作用していない」状態ではないでしょうか？

なぜ、地上では、無重量とは感じないのでしょうか。
＞手で壁に触れても反力は感じません。強く押すと、同等の反力を感じます。ご存知の第３法則によるものです。つまり力がつりあっている状態と無重力(力が作用していない）は違うと思います。

補足

無重力と無重量とは違います。
宇宙船の中は正確には無重量状態だと思います。
この場合、力が働いていても構いません。

回答No.1

Tori_30

遠心力と重力が釣り合っているから、ってのは違う。
一般には、「無限に落ちているから（反力がないから）」こっちだろう。釣り合っているわけではないんだよ。一定方向に無限に加速している。釣り合ってないからなんだ。
（地球ってのは丸いよね。そして重力は中心に向かって働く。すごいスピードで動けば地球を追い越す。で、重力によって地球に向かって"加速”される。でまた地球を追い越して。で、また"加速”されて。それの繰り返し。）

地上では地面からの反力（抗力？）があるじゃん。それで釣り合ってる。だから重力が感じられるのであって。
遠心力も同じ。実は”遠心力”なんて力はないよ。"向心力”ならあるけどね。向心力って言っても、つまりは反力なんだけどさ。
丸い棒に糸をつけて物体を振り回す。で、その物体は棒の周りを回るわけだけどさ。でも、その糸がなかったら？その糸が切れたら？どっかに飛んで行くだけさ。反力が得られないから。

もし地面がなくてずっと落ち続けて行くんだったら、それは無重量状態。
地面があって、それによって反力を得ているんだったら無重量状態ではない。

もっと言うと、ずっと落ち続けている人から見れば、僕らは上に向かって加速しているように見える。地面がヒューンッと上に飛んでいく感じ。いや、ますます解りづらくなっちゃったかな？

上手く説明出来ないな・・・。他の回答者がもっと分かりやすく説明してくれる事を望むよ。

補足

遠心力というのはいわゆる慣性力です。
宇宙船の中では、慣性力と実在の力の区別をつけることはできません。
これがアインシュタインの等価原理です。
ですから、つりあうという見方も正解であるし、向心力という見方も正解であるのではないでしょうか。