地球の中心での重力や圧力

質問

他の質問者の方々に比べ幼稚な質問で申し訳ありませんが、ひとつ疑問があります。

仮想実験ですが、地球の中心に普通の家ぐらいの大きさの、充分な強度の球形のドームを作って、そこに入った場合、重力はどうなるのでしょうか。物理学には全く素人の私の考えでは、重力は地球の物質がもたらし、その地球の物質は均等に自分の周りにあるので、結局は相殺されてゼロになり、無重力状態になるのではないかと思うのです。（自分の頭の上にも足の下にも、同じ量の物質があるので、自分を同じ力で上にも下にも引っ張っている→だから自分には重力がかからない）

また、それが正しいとした場合、気圧が数百万気圧？にもなるのはなぜでしょうか。もし、無重力状態だとしたら圧力は何もかからないような気がしますが。

またその場合、温度の上昇は圧力が上がるからだと思うので、温度も上がらないはずだと思うのです。実際には6000℃だそうですが。

回答No.5

jun1038 · ベストアンサー

おしくらまんじゅうをしている子どもがいるとします。
外側の子どもがおもに（内側に）押していて、
内部の子どもはただそれに「流される」だけとします。
中心の子どもには、周りから等しい力が加わっているので、
それらの力は打ち消しあってゼロになり、
その中心の子どもは運動しません（その位置を変えません）。
でも、その子どもにも圧力は加わっていますよね。
ぎゅうぎゅう押されて、苦しいですよね。

重力は、離れた物体間にも働く力です。
でも、物体は、重力だけで動くわけではありません。
隣り合った（接触した）物体から力を受けることもあります。
地球中心の物体は、その接触している周囲の物体から力を受けています。
その力は、そこより上の物体の「重さ」です。
直上の物体自体の重さは、確かに重力が弱いので
ごくわずかでしょうが、
その「重さ」はいわば中心から地表面あるいは大気層までの物体のトータルの重さなので、
大変な大きさになります。
その「重さ」は等方的なので、
中心部ではその場所の物体をある特定の方向に動かしませんが、
おしくらまんじゅうの真ん中の子どものように、
圧力としては大変に大きなものになります。

お礼

再度ありがとうございます。
そうか、周りから均等に力を受けると、確かに圧力が加わりますね。無重力状態では圧力も打ち消されると、思い込んでいたところが間違っていたようでした。

回答No.4

pancho

地球の中心での圧力についてですが、詳しい説明をすると数式まで必要になりますから、とりあえずイメージが沸くかどうかに留めます。

地表から中心までの長い棒が有ったとします。（反対まで突き抜けている訳ではないので、ご注意を！）
この棒は、どちらに動きますか？　それとも動かないでと静止したままですか？

少し考えれば解りますが、この棒は地球の中心を突き抜けて、反対側の地表の方向に動きます。（動こうとします。）
この棒を大気に置き換えて考えると、棒が動き出すのを止めるための力が、そのまま大気の圧力となります。
（静止）圧力とは、物が動き出さないように留めておくための（単位面積あたりの）力です。

少しイメージができましたか？

以上。

お礼

ありがとうございます。
なるほど、その棒を石ころに例えると、地表で手を離した石ころは地球の中心へ向かっていき、地球の中心を中心として振り子のように行ったり戻ったりしながら、ついには中央で静止することがイメージできます。石ころをたくさん投げ込めば投げ込むほど、中心には石ころが溜まる。その石ころを空気だと考えればいいのですね。わかりました。

回答No.3

jun1038

こんにちは。

＞重力は地球の物質がもたらし、その地球の物質は均等に自分の周りにあるので、結局は相殺されてゼロになり、無重力状態になるのではないかと思うのです。

これは、その通りだと思います。

＞また、それが正しいとした場合、気圧が数百万気圧？にもなるのはなぜでしょうか。もし、無重力状態だとしたら圧力は何もかからないような気がしますが。

＃２さんのように、超高圧に耐えられる構造体の内部なら、
周囲の圧力は関係ないでしょう。
深深度の潜水艦の内部のように。
そうでないなら、「力」は伝播するので、
中心部の周囲（すなわち上方）からの圧力が加わります。
ですから、非常な高圧になります。
ただしこれは、理想的な状態でも、有限な値です。

＞またその場合、温度の上昇は圧力が上がるからだと思うので、温度も上がらないはずだと思うのです。実際には6000℃だそうですが。

気体などが圧縮されると確かに温度は上がりますが、
（そして、地球生成時には確かにそうやって温度が
　上がったのでしょうが。）
この場合は、あまり関係ないです。
熱が逃げづらかったり、新たな熱の発生があれば、
そういった熱は保存されるので、温度は高いままです。
地球中心部では、生成時の熱と、その後の放射性元素の崩壊による熱が保存されており、それで温度が高いのです。
ちなみに、月の中心部では、それなりに高圧だと思いますが、
月は小さくて熱が逃げやすかったので、
ほとんど冷え切ってしまっていると考えられているようです。

では。

お礼

ありがとうございます。
しかし、＃２さんにも書きましたが、圧力がどうして生まれるのかが理解できないのです。

地球中心のドームの中が無重力状態だとすると、物質は運動する方向をどこにも持たないのだと思うのです。言い換えればどこからも力が加わっていない状態ですよね。圧力とは何かそこに力を加えないと生まれないと思うのです。なのになぜ何百万気圧もの圧力が生まれるのか。もしできれば、もう少し詳しい解説をお願いします。

熱のことはよくわかりました。約50億年前の熱が保存されているとは、ちょっと驚きました。

回答No.2

ubonoti01

「重力」に関しては、お考えのとおり「相殺されてゼロ」と思います。
「圧力」に関しては「充分な強度の球形のドーム」であれば変形（圧縮）されない訳ですから、地上のままと思います。
「充分な強度の球形のドーム」が、「外気圧によって圧縮されるが壊れない」の意味であれば、地球中心の気圧に等しくなると思います。
#1さんの「理想の液体でできた惑星の中心の圧力は無限大」というのは理解できません。

お礼

ありがとうございます。
ただ、圧力が生まれることが今ひとつ理解できないのです。

回答No.1

keyguy

理想の液体でできた惑星が有ったとすると
その中心の圧力は特異点であり無限大です。
地球は形がゆがんでいたりマグマは理想的な液体とは言えないので非常に大きいが有限です。
完全に密度一様で球形の惑星の中心に同心球の空間を作ったときにその空間の内部は無重力です。
計算すればわかります。
その球にはかなりの圧力がかかるので持ちこたえられるかどうかが問題です。

お礼

ありがとうございます。が、私もよく意味がわかりません。この宇宙で特異点だとされているのは、私が知る限りでは、ブラックホールの中心だけではないかと思いますが。