静止したロケットのエネルギーはどこへ？その２

質問

以前した質問の「静止したロケットのエネルギーはどこへ？」の続きになります。（論点が変わっているかもしれませんが・・）

ロケットを空中で静止させるためには、重力による力とつり合う力をエネルギーを使って発生させなければなりません。
一方、台の上にあるロケットはエネルギーを使わなくても静止させることができます。
この二つを比較すると、エネルギーは足りない何かを補うために使われているように感じます。
そこで、エネルギーは何に使われたのか？
逆にいうと、台の場合は何があるからエネルギーを使う必要がないのか？
をうまく説明して欲しいです。
よろしくお願いします。

疑問をうまく伝えるのが難しく、前回同様に補足で質問をさせて頂くことになると思いますが、ご了承願います。

回答No.7

jun502

質問者さんは、仮定で考えるべき問題と現実の事象として捕らえる物事がごっちゃになっているために混乱しているのではないかと思います。

地表からある高さにロケットを静止させるために、台を使うかロケットの推力を使うかという仮定を考えており、台の場合「ある高さに固定されている」という仮定がされていますが、はじめは地表にあって何らかの方法でそこまで運んだわけですから（ハンドルを回すと支柱が伸びていくような仕組みだとしても）、地表からそのある高さまで運ぶときに、ｍｇｈの位置エネルギーが必要です。
一方、ロケットの噴射を使う場合ですが、地表からある高さの位置まで飛びあがるのには、ロスの無い理論値で考えると先ほどと同じ位置エネルギーのｍｇｈが必要になります。最初は運動エネルギーを与えるとしても、ｍｇｈ相当のエネルギーだけを与えればいいわけです。

ところが、現実はそうは行きませんよね。まず台ですが、これは宇宙まで届くような台を作ろうと思っても、その重さに耐え切れるような素材が無いです（または地面が耐え切れない）。
次に実際のロケットでは、ガスが拡散しようとする性質があるため、噴出してもロケットを支えてくれる台のようにはなってくれないため、どんどん噴出して支えなくてはならないわけです。
ここでもしガスが拡散しないような仕組みとして、注射器の筒とピストンのように上だけ穴が開いていて、ロケットの下側は完全に密封した筒が作れたとして、そこにロケットがガスを注入（無理に燃焼させなくても良い）していくと、ガスといえども物体ですから、徐々にロケットは浮き上がっていきます。そしてある高さまで浮き上がらせることが出来たら、それ以上ガスを注入しなくても、つり合ってロケットは静止し続けます。

このように理想の系の理屈だけで考えると、一度つり合ってしまえばロケットにエネルギーを与える必要はなくなってしまいます。

しかし、実際には宇宙は開放系であるためにガスは拡散をしてしまい、ロケットを支える台にはなってくれません。そのためガスの噴出という部分にエネルギーを費やしてロケットを支える必要があるのです。それ以外にも現実には空気抵抗や熱・光になってエネルギーが逃げていくとロスする要因が様々にあるために、位置エネルギーの理論値であるｍｇｈだけでロケットをある高さまで持ち上げることが出来ないのです。

はじめにも書きましたが、質問者さんが混乱してしまっているのは、仮定上で成り立つ話と現実の話がごっちゃになっている為だと思われます。ひとつひとつ仮定の話なのか現実の話なのか整理していくと、疑問になっていた部分が解けてくると思います。

補足

ご回答ありがとうございます。
私の質問の仕方が悪かったせいで、一部誤解されているように思います。
もうちょっときちんと説明してみます。

まず、台の上で静止している場合とロケットの推力で静止している場合はどちらとも、地表から同じ高さで静止している場合と考えてください。
地表から上がって行ったことは考えない下さい。
とにかく、位置エネルギーは同じでロケットの運動エネルギーは両方とも０の状態です。
あと、台は宇宙まで届く場合でなくても構いません。
現実にある状態として発射台の上とかでいいと思います。
以上が誤解を生んだ部分だと思います。
分かり難くて、すみません。

で、今回のご回答で重要な部分は開放系であることだと感じました。
No６の考え方と同じですね。
そうなると、開放系にあるロケットは常にエネルギーを失っている状態で、同じ状況を維持するためにはエネルギーを供給しなければならないと考えましたが、合っていますか？
そのエネルギーと支える力には何か関係があるのでしょうか？