惑星の運行は永久機関ではない？

質問

素人の疑問にお付き合いください。
惑星や彗星の運動は、数億年単位で考えれば、永久不変でないのでしょうが、短期的には運動エネルギーがゼロにならないと思うのです。
だとすればそこからエネルギーを取り出すことが出来ないものでしょうか？
同様にフーコーの振り子からエネルギーを取り出すことも出来ないのでしょうか？

宜しくご教授ください。

回答No.6

nonchey · ベストアンサー

ウィキペディアによれば「外に対して仕事を行い続ける装置が永久機関」ということで、単に慣性で動き続けている惑星は「永久機関」とは呼べないようです。実際、惑星が他の大きな天体に衝突するなどして「外に対して仕事」をすればエネルギーは失われてしまうわけで、同様に惑星の公転運動を我々が熱など何かしらのエネルギーに変換した段階で、公転のエネルギーは失われてしまうと思います。

お礼

回答ありがとうございます。
『外部からエネルギーを供給しなくても永久に運動を続ける装置』
という古いほうの永久機関を想定していました。
『外に対して仕事を行い続ける装置』であれば天体の運行はたしかに永久機関とはいえないですね。

回答No.9

i-q

えーとNo6さんの回答あたりで、もう納得しているかもしれませんが。

惑星は慣性の法則により、動き続けています。
未知のエネルギーを消費しているわけでも、供給されているわけでもありません。

地球上では重力・空気・地面があるので実感はわかないかもしれませんが、
宇宙空間ではボール蹴ればどこまでも飛んでいき止まる事は出来ません（外から力を加えない限り）。
この宇宙空間で動き続けているボールは最初に蹴ったときの運動エネルギーは保持していますが、
取り出すとしても最初に蹴った分しか取り出せません。
（そして取り出した時点で止まります。取り出せるエネルギーは最初に蹴った分です）

（以上は自分の考察や推論によるものです念のため、自信はありますが・・・）

回答No.8

sanori

Ｎｏ．３の回答者です。コメントにお答えします。

＞＞＞運動エネルギー以外のエネルギーに変換可能ということは、天体の運行は永久機関と考えていいのでしょうか。

いえ。
天体の運行の運動エネルギーか天体の位置エネルギーのいずれか一方、若しくは両方が減ります。

なお、位置エネルギーが減るというのは、惑星が太陽に近づくことを意味します。

回答No.7

rnakamra

#5の補足にたいして。

>探査機に渡した運動エネルギーより、惑星の位置エネルギーが大きくなるのはなぜですか？

探査機に渡した運動エネルギー<惑星の位置エネルギーの減少量
です。位置エネルギーの減少量の絶対値が探査機に渡したエネルギーを越えているということです。
惑星の持つ力学的エネルギーは減少しています。

惑星の運動がわずかに遅くなりますが、その影響で惑星の公転による遠心力が重力よりも弱くなり内側に落ち込みます。
内側に行くほど重力は強くなりますので、それにつりあう遠心力は大きくなります。その釣り合いの位置の関係で運動エネルギーの平均値がスイングバイの前よりも大きくなってしまうのです。

もちろん、惑星の力学的エネルギーは減っているので永久に、無限の大きさのエネルギーを取り出せるわけではありません。

回答No.5

rnakamra

公転の力学的エネルギーを利用する方法として、惑星や彗星の探査機を加速する"スイング・バイ"があります。
惑星の後ろ側(公転方向に対して)を通過すると、惑星の重力で加速されその際に惑星の速度をほんのわずかですか遅くすることで惑星のエネルギーを掠め取ります。その結果、探査機の速度を早くすることができます。

ただ、惑星は一時的に遅くはなりますが、この一連の操作のあとでは惑星の平均運動エネルギーはほんのわずかですが上昇します。
惑星が太陽のほうにほんの少し落ち込むことで惑星が持つ位置エネルギーが減少、その減少量が探査機に渡した分を超える(実際には2倍になる)ため、運動エネルギーの平気値はむしろ増大します。

もちろん、このスイング・バイを利用してエネルギーを取り出すことは原理的に可能ですが、永久にできるというわけではありません。

お礼

回答ありがとうございます。
探査機に渡した運動エネルギーより、惑星の位置エネルギーが大きくなるのはなぜですか？
差し引きプラスになるのなら、探査機を飛ばせば飛ばすほどエネルギーが増えていくわけで、それなら永久機関どころではないですよね。

回答No.4

MVX250F001

潮汐力は永久機関ではなく再生可能エネルギーですね

そもそも永久機関はその存在が否定されています

永久機関、再生可能エネルギーの意味はwikiでも見てください

お礼

回答ありがとうございます。
永久機関が否定されていることは存じています。
ボールが地面に跳ねるときは、運動エネルギーの一部が熱に変換され、その分位置エネルギーが小さくなるんですよね。
惑星の運行は外力が加わっていないのに恒久的に運動をしているようにみえます。どこが永久機関と違うのか分からないのです。

回答No.3

sanori

こんばんは。

＞＞＞
惑星や彗星の運動は、数億年単位で考えれば、永久不変でないのでしょうが、短期的には運動エネルギーがゼロにならないと思うのです。
だとすればそこからエネルギーを取り出すことが出来ないものでしょうか？

これは、公転の運動エネルギーということですね？

軌道が太陽に近づくとき（位置エネルギーが減るとき）に運動エネルギーが増加することがあるので、
運動エネルギー　＋　位置エネルギー
で考えなくてはいけません。

（人工衛星を運転するときも、いったん太陽に近い軌道にして、
　時間を稼ぐというようなことは行われます。）

さて、
エネルギーと一口に言ってもエネルギーの形態は様々ですね。
しかし、何かを惑星に衝突させれば、運動エネルギーの形態で取り出すことはできます。
ただし、太陽系で最も速さが小さい海王星でも、秒速５．５ｋｍというとんでもない速さで動いていますので、
緩やかにぶつけるとか、とんでもなく丈夫な物体にするとかが必要になります。

いったん取り出せれば、具体的に工学的にどうやるかはわかりませんが、
運動エネルギー以外の形態のエネルギーに変換することは可能でしょうね。

＞＞＞同様にフーコーの振り子からエネルギーを取り出すことも出来ないのでしょうか？

これは、地球の自転によるコリオリの力についてですね。
フーコーの振り子は、振りも大きさも非常に小さいため、取り出せるエネルギーは極めて小さいです。
ところが、地球規模で考えれば、気象現象に大きな影響を与えます。
言い換えれば、巨大なフーコーの振り子があれば、かなりのエネルギーを取り出すことができるでしょう。
そして、巨大なフーコーの振り子を地球上の大気だと思えば、
振り子の角度が刻々と変わる現象は、偏西風や貿易風の向きが決まるという現象に対応します。
北半球で台風の雲の巻き方が常に同じなのも、コリオリの力ですね。
真っ直ぐ吹こうとする風の向きを曲げるエネルギーは、とてつもなく大きいものです。
大規模なフーコー振り子と言ってよいと思います。

風力発電は、偏西風や貿易風を直接利用しているわけではないですが、
地球規模で考えれば、遠巻きに偏西風や貿易風を利用していると考えて良いのではないでしょうか。

ちなみに、Ｎｏ．１の方が書かれている潮力発電についてですが、
これは、主に地球の自転のエネルギーを食っている潮汐を
有効利用したものと考えてください。
はるか昔は地球の自転が速く、１年が４００日以上あったそうです。
（逆に言えば、１日の長さが短かったということです。）
潮汐で摩擦が発生するので、自転の運動エネルギーがその分減ります。

以上、ご参考になりましたら。

お礼

回答ありがとうございます。
運動エネルギー以外のエネルギーに変換可能ということは、天体の運行は永久機関と考えていいのでしょうか。

回答No.2

i-q

自分も素人なので詳しく＆うまく説明する自信はありませんが、
宇宙は真空なので、慣性によって止まらずに動き続けている。
（凄くツルツルな床の上を転がるボールを連想すればわかりやすいと思います、床もボールも摩擦力も何も引っ掛かるものが無いので止まらない）

もしその動きを発電とに使ってしまったら、自転なら止まってしまうし、
公転なら動きが鈍くなって太陽に引き釣り込まれてしまいます。
（装置や機械？の規模によるでしょうが、ものすごく巨大な装置という仮定で）

＞＞同様にフーコーの振り子からエネルギーを取り出すことも出来ないのでしょうか？

出来ないと思います。フーコーの振り子は自転を証明するためのものですが、
自転によって揺れているわけではありません。
長い糸と重い鐘を使うことで長時間止まりませんが、1日なのか1週間？に1回位は止まらないように揺らしているはずです。

お礼

回答ありがとうございます。
公転は遠心力と重力が釣り合っているのだと私は理解しています。
地球の公転のエネルギーを取り出すと、このバランスが崩れて公転速度が落ちて遠心力が小さくなり、太陽の重力に引きずり込まれてしまう、というのは理解できます。
逆に軌道を外側にずらせば（実現可能性はともかくとして）、相対的に遠心力が重力より大きくなり、地球が宇宙のかなたへ飛んでいってしまうわけですよね。
この崩れたバランスのエネルギー、つまり遠心力と重力の差を消費すれば、公転は維持されるのではないかと、素人は考える次第です。
巧く説明できなくてすいません。
力の均衡で保たれている永久機関なら、エネルギーは取り出せるのではないかと思うんです。

回答No.1

MVX250F001

潮力発電として既に実用化されてますね

潮汐力は惑星と衛星の運動エネルギーが転化したものなので

お礼

回答ありがとうございます。
潮汐力は永久機関という意味でしょうか？