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スペースシャトル内はどうして無重力か
スペースシャトルがエンジンを切って、地球の周りを回っているとき、地球の重力がかかっているのに、中が無重力状態なのはどうしてですか。 過去の質問を見てみたのですが、よくわかりません。私は力がつりあっていれば無重力状態になるのだと思うのですが、自由落下をしているから無重力状態だと書かれていて、わからないです。自由落下をしている時は重力ｍｇがかかっているから無重力ではないのだと思うのですが。 うまく整理できなくてすいません、よろしくお願いします。
- 物理学
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スペースシャトルもその中に乗ってる人も共に重力に引かれて自由落下してるので、スペースシャトルに乗ってる人は加速度を感じないということになるのですが、これは式で書いた方が分かりやすいです。 ものすごく簡略化し、地球の中心からの距離を z とし、スペースシャトルの質量を M、乗ってる人の質量をmとします。 スペースシャトルには重力が加わるので、運動方程式から (M+m)d^2z/dt^2=-(M+m)g → d^2z/dt^2=-g となります。スペースシャトル内の座標を z' とすると z との間で次の座標変換が成り立ちます。 z'=z-1/2 * (d^2z/dt^2)*t^2 = z + 1/2 * g * t^2 >自由落下をしている時は重力ｍｇがかかっているから無重力ではないのだと思うのですが。 これを式にすると md^2z/dt^2=-mg です。 これをスペースシャトル内の座標z'で書いた運動方程式に書き直すと、 md^2z'/dt2=md^2z/dt2+mg=-mg+mg=0 → md^2z'/dt^2=0 となり、加速度は消えていわゆる無重力の状態になります。
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- inaken11
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例えばです。 手のひらの上に物を乗せて、怪我をしない程度の高いところから飛び降りると、手のひらの上で、その物体は、一瞬、ふわりと浮くのを目撃できると思います。 この時は、自由落下で無重力になりました。 石を手に持って投げます。 放物線を描いて石は地面に落ちます。 石は自由落下していますから、石の上は無重力と言うことになります。 石をもっと早く投げます。 石はもっと遠くで落ちます。 もっともっともっと早く投げると、石は落ちて行くが、地球の丸さで地面にぶつからない様になってきます。 と言うことは、シャトルは地球に向かって落ち続けているが、そのスピードゆえ、地球にぶつからない、と言うことになります。 よって、シャトル内は無重力。 解りにくくてすみません。
お礼
ありがとうございました。
- apple-man
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＞私は力がつりあっていれば無重力状態になるのだと思うのですが、 私もそう思っていたのですが・・・ 地球を回ることによる遠心力と地球からの 重力が釣り合っているから、シャトル内は 引力が働かないように見えているだけと思います。 昔、スペースシャトルが周回軌道上で逆噴射した ときの船内の映像を見たことがあるんですが、 逆噴射の振動があった直後に、空中に浮いていた ペンが落ちていました。 クルーがそれを見せるために撮った映像 だったようです。 つまり角速度が落ちると、遠心力が弱まるので その分、船内に地球の重力の影響が現れた ということだと思います。
お礼
分かりやすい回答ありがとうございました！ やはり、そう説明されるのが一番納得できます…。
- ARC
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正確には、「無重力」じゃなくて「無重量」でしょうかねぇ。 まぁ、誤用された言葉がそのまま定着してしまったって考えれば、納得できるんじゃないでしょうか。
お礼
ありがとうございました。
言葉に誤魔化されているだけではないでしょうか。 この宇宙に重力相互作用の及んでいない場所はありません。 いわゆる無重力状態は、「重力にさからわず自由落下しているせいで、地上での常識から見るとまるで重力が働いていないように見える状態」ではあっても「重力相互作用の及んでいない状態」ではありません。
お礼
そう考えると…また混乱してきます（笑） 回答ありがとうございました。
http://www005.upp.so-net.ne.jp/yoshida_n/qa_a42.htm http://www.lalanet.gr.jp/nsm/kouzaE.html http://www2.ocn.ne.jp/~hara01/ippan.htm http://iss.sfo.jaxa.jp/utiliz/character/microgravity.html http://www2.ocn.ne.jp/~hara01/ippan.htm とかでわかるかな？ 重力が働いていないというのでなく、 同じ速度で運動中だから（シャトル内の空気も同じ速度で運動中だから空気抵抗も無い）見かけ上重力が働いていないように見えるだけ、 落下中と考えると難しいけど、 動いている電車内で垂直にジャンプしても同じところに着地できるのと同じ事なんですよ。
お礼
回答ありがとうございました！
お礼
ありがとうございました。 自分でも計算してみます！