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気体には遠心力が働きますか？

2017/12/18 17:57

遠心分離機は、ものすごい勢いで回転させて、やっと密度差が生じて分かれます。仮に遠心力が働くとしても、非常に弱い力しか及ぼさないのではないでしょうか。気体に少ししか遠心力が働かないとすると、等価原理によって大気にも重力があまり及ばないことになります。大気を地球に縛り付けている力は、本当に重力なんでしょうか？

antigravity
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物理学
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ddtddtddt
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2017/12/20 19:44 回答No.9

　計算してみましょう。　大気の密度は地表付近ではρ＝1.3 kg/m^3だそうです。重力加速度をg＝9.8 m/s^2として、地表付近の1 m^3の大気の塊に働く重力は、　　Fg＝ρ×1(m^3)×g＝12.74 N です。一方遠心力は、自転の角速度をω，地球の半径をrとして、　　Fo＝mrω^2 で計算できます（地表付近）。ここでmはさきほどの、ρ×1(m^3)です。またrは、地球の半径なので、　　r＝6000 km＝6000000 m 　ωは24時間で一周（2π）という事で、　　ω＝2π/24/3600＝0.00007272 1/s という事になります。これらを使うと、　　Fo＝mrω^2＝0.04125 N です。　確かに大気にはわずかな遠心力しか働きませんが、だからこそ重力の大勝ちです。少なくとも地表付近の大気は、重力によって地表付近にとどまっています。しかも現実には自身への重力だけでなく、自身から上の上層大気の全ての重さもFgにプラスされます。　高空になると大気圧が下がるので大気密度ρは急激に減少し、大気への重力効果も急激に減少します。よってどこまでも大気がある訳じゃないです。その限界がどの辺りかの概算は、ご自分で計算できると思います。　ちなみに等価原理の解釈は正しいと思います。

QCD2001
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2017/12/20 16:32 回答No.8

＞気体に少ししか遠心力が働かないとすると、等価原理によって大気にも重力があまり及ばないことになります。じゃあ、地球の回転が速くなって大気にかかる遠心力が大きくなると地球の重力も大きくなるのですか？人工衛星を地球の周囲を高速で回転させて遠心力を大きくすると、人工衛星が感じる地球の重力は大きくなるのですか？等価原理は遠心力（正しくは慣性力）と重力とを区別できない、と言っているだけです。遠心力と重力とが同じ大きさになるなどとは言っていません。

tetsumyi
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2017/12/19 08:43 回答No.7

大気を地球に縛り付けている力は重力です。遠心力とは関係ありません。どんなものでも地球重力から宇宙空間に飛び去って行くには、第二宇宙速度約 11.2 km/sを越えることが必要条件です。常温での空気の運動速度は2km/s以下ですから外向きに飛んでもすぐに落ちてきます。 http://topicmaps.u-gakugei.ac.jp/phys/matsuura/lecture/heat/contents/basic/temperature/9_molecularmotion/kinetictheory_gas.htm 宇宙に飛び去るには空気温度が1500℃以上になる必要があります。

nanashisan_
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2017/12/18 23:58 回答No.6

遠心力は慣性による見かけの力なので、回転しているものなら質量に無関係に働きます。ただしその大きさは質量に比例したものとなります。次の行は「等価原理」が何のことを言っているのか不明なので回答できません。

chachaboxx
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2017/12/18 20:16 回答No.5

遠心力は外向きの力ですよね？大気に重力が働かないとしたら大気を引き留めているのが遠心力だと？重力も遠心力も質量に比例するとこまでは大丈夫ですよね？

sailor
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2017/12/18 19:49 回答No.4

大気を地球に引き留めているのは間違いなく重力ですよ。地上では凡そ１気圧ですので、凡そ1Kgの重さの大気があなたの上にも乗っているということですね。大気圧というのは言い換えればその地点のその上に乗っている大気の重さということです。ただし気象による変化を無視した、きわめて平穏で風も吹かないような状態の話ですけどね。それから気体でも遠心分離はできますが先の方が言われているウランのような同位体の分離のような場合でなければほとんど行われないでしょう。一般的な気体であればその沸点の差や他の物質と反応させた後で反応させた物質を取り除く方法などを利用した方がはるかに安上がりですからね。