無重力状態での運動

質問

「無重力の状態において自分でボールを投げると自分も投げた方向と反対に動きます」

上記は正しいですか？
もし正しいとした場合そのボールをすぐに自分で取った場合はどうなりますか。

さらに、無重力状態で大きな密閉された箱の中にランダムに加速するロケットのような物を入れてもっていた場合その人間はどのような運動になりますか？
ロケットは箱の内側の壁を破れないとする。

分かるところだけで結構ですのでお答え願います。

回答No.6

Masye · ベストアンサー

失礼しましたm(__)m　てっきり物理を勉強している学生かと、、、　　私も２x歳の男性です（多分）

前回の補足説明です。　無重力状態でも、そうでなくても、何か物を投げた時は、作用反作用の関係で、自分と投げた物は反対方向に飛んで行きます。　無重力の方が、摩擦とかなく、その効果が表れやすいのですね。　そして、運動量保存則より、MV+mv=0　という公式があります。　つまり、１０キログラムの物を１００キロの速さでなげた、体重１００キログラムの人は、１０キロの速さで、投げた方向と反対方向に進みます。　つまり、速さが-１０キロというわけです。
だから、公式に数値を入れたものは、
１０×１００＋１００×（－１０）＝０　となるんです。

つぎに、箱の中のロケットです。
ロケットが進むためには、燃料を噴射します。　左に進むのに、右向きに燃料を発射します。　普通燃料を爆発させると、すごい速さで爆発した空気が移動するので、ロケットより先に右側の壁にぶつかります。　なので、箱は右側に動きます。　次にロケットが左壁にぶつかります。　そこで左側に壁が動きます。　そうすると、大体初めあった場所に戻るはずです。
その後は、左にロケットが押す力と、燃料の爆発した空気が右に押す力とで、釣り合いがとれて、箱は動かないと思います。　ただ、箱が非常に反発係数が大きく、とっても跳ね返りやすいじょうたいでしたら、ロケットが当たって左に、燃料が当たって右に、を繰り返し、左右に振動する可能性もあります。

しかし、問題を見てみると、燃料の噴射を考えず、ロケットが壁にぼこぼこあたると、どうなるか？　ということを聞きたいような気もするので、それについても、
燃料のことを考えずに、神がかりできな力により、ロケットが動いていたとしよう。　そして、壁に当たった瞬間に反対方向に進むとしよう。
すると、左の壁に当たった瞬間に壁が左に動き、そして、ロケットが右に動く、そして次に右の壁に当たる。
これを繰り返すと、箱は左右もしくは上下、もしくは斜めに振動を繰り返します。
こんな感じでよろしいでしょうか？
なにかもっと別の事が聞きたいのでしたら、補足お願いいたします。
それと、学生と間違えたのはお許しくださいです。

お礼

今、自分の質問を見直していたら良回答を付けておきながらお礼を書いていないことに気が付きました。

大変詳しいご説明ありがとうございました。

回答No.5

Masye

わかりやすくするため、自分と同じ重さのボールを投げたとします。(本質的なことでないので、気にしなくてよいよ)
ボールを左に時速１０キロで投げたら、自分は右向きに時速１０キロで動きます。
その瞬間ボールを取ったら、ボールの左向きの力と自分の右向きの力で打ち消しあって、両方とも止まります。
物理学的に完全には正確ではないけれども、わかりやすく言うとこんな感じですよ。

箱の中のロケットに関してですが、これはちょっとやっかいなんだ。　君が中学生くらいだったら、ちょっと難しいかもしれないが、一生懸命聞いておくれ。
まず、ロケットが加速するには、ガスを噴射しなくちゃいけない。　さっきのボールを投げるのと一緒で、ロケットの加速する方向とは逆向きにガスを噴射(ボールを投げる)しなくちゃいけないんだ。
これを、人間とボールに例えて説明するよ。
I　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I
I　　　　　　　 ●○　　　　　　　　 I
I　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I
I 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　I
●がボール、○が人間ね。Iが壁。

●が左に加速するとき、○は右向きに加速する。
ボールの時と同じね。　すると、
I　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I
I ●　　　　　　　　　　　　　○　　 I
I　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I
I 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 I
先に●が壁にあたると、少し箱は左に動きます。　そして●は少しはねかえります。

次に○が右の壁にあたります。　すると箱が今度は右に少し動きます。

これをくりかえすと、箱は右、左にゆれます。(振動します。)　　だけど、ボールが左に行く力と人が右に行く力は同じなので、箱はもとあった位置を中心に左右に動くから、いつのまにか１００メートルさきに移動してるなんてことはないよん。

簡単にすると、こんなところでしょうか。　もっと厳密にやると、とっても難しいので、やめましょうね。

お礼

大変詳しくありがとうございました。
ちなみに当方は２Ｘ才の男性です（笑）

回答No.4

kuruntep

無重力の状態でなくても、事情は同じなのでは。
鉄アレイをもって、怪我しない程度に振り回してみてください。体感できるでしょう。
　無重力の状態では、わかりやすいというだけなのでは。

回答No.3

ranx

二つ目の質問について
大局的に見ると人は動きませんが、
細かく見ると、ロケットの速度に応じて振動しているような
動きになると思います。
ロケットが箱にぶつかると、箱を持った人はロケットから
運動量を受け取って動きます。
ロケットが反対側の壁にぶつかれば今度は反対方向に動きます。
壁にぶつかる角度などの条件に応じて、細かい動きはそれなりに
変わりますが、全体としては一箇所に留まったまま、
右へ振れたり左へ振れたりということです。

お礼

一番しっくり来るような回答ありがとうございました

回答No.2

nabla

なるほど。言いたいことは分かりました。

こんな箱を持っていてもやっぱり人間は動きません。
先ほども言ったように宇宙空間では何かを手放すこと無しに移動することはできません。

お礼

ありがとうございました

回答No.1

nabla

確かに無重力ではボールを投げると自分は逆向きに動きます。
また、そのボールを自分でとればまた止まってしまいます。
要するに宇宙では何かを捨てなければ移動ができないのです。

すいません。
二個目の質問は意味が分かりません。
補足要求。

補足

箱の中でロケットが飛びます。
一辺５ｍの立方体の中にロケットを入れて、真ん中から内壁に向かって飛び、ぶつかり、跳ね返って違う面に当たり、更に跳ね返って違う面に当たり、と繰り返す物とします。
そのような箱を持っている人間はどのように動くのでしょうか？