宇宙空間から、例えば平べったい小皿を地球に向って投げたら、どうなるの

質問

宇宙空間から、例えば平べったい小皿を地球に向って投げたら、どうなるのでしょうか。自分の予想では、皿がくるくる回って飛ぶ⇒やがて地球の重力にひっぱられてスピードと、回転もあがっていく⇒大気圏に入ったら燃え尽きてなくなる。全く知識がないのですが、大体こんな感じでしょうか。

　あと、もう一つうかがいたいことがあります。投げてから、地球の上空で皿が燃え尽きるまでにはどれくらいの時間が掛かるのでしょうか。

大切なことを言い忘れていました。投げる位置は地球から国際宇宙ステーションが飛んでいるくらいの距離です。

変な質問かもしれませんが、お願いします。

回答No.5

phobos · ベストアンサー

面白いご質問だったので、素人ですが回答してみようと思います。

> スピードと、回転もあがっていく
「回転」というのは最初に皿に与えた自転のことですか？
もしそうであれば、スピードは上がるでしょうが、皿の自転は空気との摩擦で下がり、やがて停まるでしょう。
ただし皿が風を受けることで別の回転を始めることはあり得ます。

> 止まった状態で投げたら、どうなるのでしょうか。

ISS（国際宇宙ステーション）の高度は約400kmです。
いっぽう、ふつう流星は大気圏に数km/s～数十km/sで突入し、燃え始めるのは高度150～100km、燃え尽きるのは高度70～50kmとのことです。

手で投げた皿の速度はせいぜい数十m/s前後だろうと思われるので初速は無視して自由落下だけで計算してみます。
高度400kmでの重力加速度は8.7m/s^2、高度100kmで9.5m/s^2、地表で9.8m/s^2なので途中の高度での重力加速度を適宜補間して計算すると、

約270秒後に高度100kmに達し、この時垂直速度は2.4km/sなので、おそらく燃え出すことでしょう。
ちなみに燃え尽きなかったとしたら286秒後に地上に激突することになります。

なお水平に飛行中のISSから投げ下ろした場合をグラフにしてみましたが、
★おそらくこの図は間違っていますので鵜呑みにしないようにご注意を★
なぜなら、この図の通りに皿が落ちるとしたら、ISSも一緒に落ちてきてしまうはずだからです。

たぶん実際にはANo.３のご回答のように、皿は楕円衛星軌道を描いて地球を回り続ける、と言うのが正解だと思いますが、その計算は私の手には負えません。

以上、もしかしたら間違っているかも知れませんが一応の回答とさせて頂きます。

> 変な質問かもしれませんが
そんなことは全然ありませんよ。とてもまっとうなご質問です。
回答になっていない回答だったら、「変な回答」と呼ばれても仕方ないかも知れませんが。

お礼

専門的、かつ分かりやすい説明に感謝します。重力加速はこんなにすごいんですね。自由落下で、落としただけでここまで加速するとは驚きです。イメージが湧いてきました。宇宙船の水平方向の推進力を利用すれば回り続けるけれど、推進力がなければ地球に近い場合だと自由落下で落ちてしまう、と言うことですね。有難うございます。