宇宙（軌道）エレベータ構想に潮汐力は利用可能か？

質問

宇宙（軌道）エレベータという潮汐力を利用した構想が大手建設会社と大学教授から提案されています。本も出ていますが信じられません。

　宇宙ステーションから鉛直にテザーという紐を伸ばして地上の荷物を吊り上げ宇宙に向けてカウンターウェイトを操作するそうです。宇宙（軌道）エレベータの形状を鉛直に支える力を潮汐力と遠心力から得るという構想です。
　潮汐力と言えばまず月の引力による潮の潮汐がその事例です。
その潮汐力や遠心力では宇宙（軌道）エレベータ構想を成功させることができないと思うのですがいかがでしょうか。教えて下さい。

　宇宙（軌道）エレベータの鉛直に伸びた形状を支え、テザーを鉛直に潮汐力で伸ばすには棒や針が鉛直に立つ現象が実測できなければ実現しないはずです。私は長い棒や針が縦に勝手に立ったり、吊り置いて自由に回転させた針が月に向いた姿を見たことがありません。その疑問を解いて下さい。

　潮汐力の実例は満潮干潮の海面です。海は満潮干潮で、海面が高度１０ｍを超えて干満します。それが主に月の引力が原因となった潮汐力です。WEB引用「潮汐力の神秘（潮の満ち干） 各地の干満差 世界最大といわれるカナダのファンディー湾の干満差はなんと15mを超えることもあるというから驚きです。 その他にも西オーストラリアのブルーム、朝鮮半島の仁川の10mも有名です」「ノルマンディー地方南部・ブルターニュとの境に近いサン・マロ湾はヨーロッパでも潮の干満の差が最も激しい所として知られる。潮の満ち引きの差は15メートル以上ある。」。

　しかし私は長い棒や針が月を向いて勝手に立ったり、吊り置いて自由に回転させた針が月に向いた姿を見たことがありません。

　宇宙（軌道）エレベータの鉛直に伸びた形状を支え、テザーを鉛直に伸ばすには棒や針が鉛直に立つ現象が実測できなければ実現しないはずです。

　ところで海水では水のあらゆる部分に均等に潮汐力が作用している。潮汐力は海面を押し、満干潮汐を発生する。潮汐力が弾性体なら月方向に伸びるような応力と、弾性体の形状にひずみを発生させるように働く。水は非弾性体だが流体なので流れ集まって海面を月に向けて上下させ潮汐を起こす。
　潮汐力は場の歪をともなわないがあらゆる部分に均等に作用する。あらゆる部分に均等に作用する性質は地球重力の性質、そして遠心力の性質でもあります。

　どうやら自由に吊り置いた針が付きを指してくれない原因は均等にあらゆる部分に作用する性質が潮汐力にあるからだ。潮汐力が月にめがけて、棒や針を向けない。いくら針の感度が良くても向かない。

　どうやら作用点をよく再考し原因を考えねばいけないようだ。作用が針の末端の作用点に集中すれば、たとえば磁針のように磁極めがけて回転し向きを変えるはずだ。磁針では針の末端に磁界傾度が強くなる。針の末端に磁場傾度急峻に変化して磁力線が集中する。

　ところが潮汐力は針の末端に力が集中しない。だから針も長い棒でも自由に回転させても月をめがけた向きへと方向が変わらない。磁針に対する磁場のような場の歪が、潮汐力にあれば針は月をめがけてでも回転する筈だ。したがって潮汐力には場の歪をともなわない。

　ところで宇宙(軌道)エレベータではテザーという紐が地球から鉛直に宇宙ステーションの外側へカウンターウィトと一緒に伸びていくと構想している。

　このように宇宙(軌道)エレベータの形状が鉛直に伸びるためには磁針に働く力のような場の変化が必要だ。しかし潮汐力にはそのような場の変化はないので、宇宙(軌道)エレベータ構想は失敗する。もちろん重力や遠心力も磁場と磁針のような磁界のひずみがないので宇宙(軌道)エレベータの形状が鉛直に伸びることは起きないと考えます。

回答No.9

雪中庵（@psytex）

この場合の「潮汐力」は、公転軌道上を回る天体において、
その軌道速度は重心におけるものであるため、その天体の
主星に近い方は、本来もっと早い軌道速度に足りないので
主星に向かって引かれ、主星から遠い側に引っ張られる
（遠心力が優越する）事を言っています。
剛体を「まっすぐに立てる」話ではなく、反対に引っ張る
力をバランスさせながら、両側に「たらしていく」話です。
ただ、「まっすぐに立つ」のではなく、公転速度の違いと
のバランスによって、両側にたらす腕はＳ字に反りますが。

お礼

お答えありがとうございます。
Ａ＞　この場合の「潮汐力」は、・・剛体を「まっすぐに立てる」話ではなく、反対に引っ張る力をバランスさせながら、両側に「たらしていく」話です。

新Ｑ　地上に向けて垂れますが、逆にはなりえない。

　建設開始から宇宙(軌道)エレベータよりテザーの先端をもっと高度を高い位置へと繰り出します。すると開始前はテザー増分０です。
もし宇宙(軌道)エレベータから両側に増分０から「たらしていく」と両方とも地球を目指すでしょう。テザーは柔軟な材質の繊維です。片方ごとに向きが違うと考えたら、ムシの良すぎる矛盾というものです。

回答No.8

kagakusuki

回答No.4、5です。

>あなたの仰る潮汐力は宇宙(軌道)エレベータでも地上でも同一の性質です。

>カウンターウェイトを宇宙に向けて伸ばしてみてください。できるでしょうか。

　何か勘違いをしておられませんか？　私は回答No.5において、衛星からテザーを伸ばしても、テザーは回転してしまって鉛直方向に延びる事は無い、つまり、テザーを下に延ばして行くという方法では軌道エレベータを建設出来ないという事を示していますよ。

>ミニチュアに力学構造の正否を実験し実証しましょう。ぜひ実証実験を建築の先に行うべきです。

>あなたの仰る潮汐力は宇宙(軌道)エレベータでも地上でも同一の性質です。ですから地上でも確かめられます。

　それは無理です。
　潮汐力は上下方向の長さが長いほど大きくなります。
　ミニチュアでは例え東京タワーと同じサイズのミニチュアを作ったとしても、軌道エレベーターの十万分の1よりも更に短い長さしかありませんから、それが潮汐力で鉛直に立たないからと言って軌道エレベーターの実証の可否を判断する理由にはなりません。
　又、地上に置かれたそのミニチュアは、上部と下部との間には速度差も重力加速度の差も殆ど無いのですから、潮汐力が働いているとは言えません。
　潮汐力の効果を調べるのに、潮汐力が働いていないものを参考にする事は出来ません。
　それに何よりも、地上に置かれているミニチュアは重力によって下方向に引っ張られているのですから、模擬衛星本体から下に向かってテザーを送り出したのなら、鉛直方向に延びて行くのは当たり前の話です。

>海は満潮干潮で、海面が高度１０ｍを超えて干満します。それが主に月の引力が原因となった潮汐力です。

>潮の満ち引きの差は15メートル以上ある。」。すごい水柱高さです。
>どんなに面積の小さな手桶でも深さ１５メートルの手桶を持ち上げる力は私にはありません。とんでもない力が地上の潮汐力にあり、微力とは到底いえません。

　質問者様は考え違いをしておられます。
　それは潮汐力自体の力によるものではありません。
　水面に生じる波の性質と、沿岸部の地形によって、潮汐が何十倍にも増幅された結果です。
　1日2回満潮と干潮が繰り返されるという事は、半日周期で海面が上下するという事であり、それは地球の表面を「波長が地球半周文の長さに等しい波」が地球の自転にほぼ等しい速度で進んでいると見做す事が出来ます。
　この潮汐による波の事を「潮汐波」と言います。
　潮汐波は水面に生じた波です。
　水面の波は波長の長さに対して水深があまり深くない場合には、水深が深い所では波の進行速度が速くなり、浅い所では遅くなるという性質があります。
　そのため、外洋の水深の深い所で生じた振幅の小さい潮汐波が水深の浅い沿岸近くに接近すると、潮汐波の進行速度が遅くなり、波は前後方向に圧縮されるため、波を構成していた水塊が持っていた運動エネルギーが位置エネルギーに変換されて、波高が大幅に高くなります。
　それに加えて、潮汐波も波である以上、音波が共鳴を起すのと同様に、共振によって振幅が増幅されます。
　潮汐の干満の差が大きな場所は何れも細長い湾となっている様な所です。
　湾の長さ方向に潮汐波が進行するのに要する時間によって決まって来る「湾の共振周波数」の関係で、湾内と外洋を繋ぐ湾の出入口が満潮の時に湾内に侵入した潮汐波が、湾の長さ方向を進行して行き、湾の奥で海岸で反射して湾の口に逆戻りして行って、湾の口に潮汐波が戻った時に、丁度外洋が干潮となる様な関係となっていた場合、共振によって潮汐は何十倍にも増幅されます。

>各地の干満差 世界最大といわれるカナダのファンディー湾の干満差はなんと15mを超えることもあるというから驚きです。 その他にも西オーストラリアのブルーム、朝鮮半島の仁川の10mも有名です」「ノルマンディー地方南部・ブルターニュとの境に近いサン・マロ湾はヨーロッパでも潮の干満の差が最も激しい所として知られる。潮の満ち引きの差は15メートル以上ある。」

とは、そういった特殊な共振周波数を持つ場所なのです。
　もし、水深や沿岸の形状などといった地形の影響がなければ、潮汐の高さは数十cmに過ぎません。
　海の潮汐とは、「引力と遠心力の合力」の強さが場所によって異なるため、海水に加わる「引力と遠心力の合力」によって海水に生じる水圧の違いを埋め合わせるのに必要なだけ海面の高さに差が生じたものです。
　地形の影響がない場合の干満の差が仮に0.5mあったとしても、海の平均水深は約2800m程ですから、干満の差によって埋め合わせる事が出来る水圧の差は、水深2800mにおける水圧のたった5200分の1に過ぎません。
　これが月の潮汐力の強さなのです。

【参考URL】
　海洋学概論「海の波・潮汐と潮流」
　　http://kutty.og.u-tokai.ac.jp/~kunio/kougi/kaiyo-gairon/2014/gairon2014sp_yasuda-no9.pdf

　ＦＮの高校物理 > サイトマップ > 10.潮汐力
　　http://fnorio.com/0010tidal_force1/tidal_force.htm

お礼

お答えありがとうございます。
Ａ＞　何か勘違いをしておられませんか？　私は回答No.5において、衛星からテザーを伸ばしても、テザーは回転してしまって鉛直方向に延びる事は無い、つまり、という事を示していますよ。

新Ｑ＞　「テザーを下に延ばして行くという方法では軌道エレベータを建設出来ない」同感です。失敬しました。

Ｑ＞>ミニチュアに力学構造の正否を実験し実証しましょう。・・ですから地上でも確かめられます。

Ａ＞　それは無理です。　潮汐力は上下方向の長さが長いほど大きくなります。ミニチュアでは・・軌道エレベーターの十万分の1よりも更に短い長さしかありませんから、それが潮汐力で鉛直に立たないからと言って軌道エレベーターの実証の可否を判断する理由にはなりません。　又、地上に置かれたそのミニチュアは、上部と下部との間には速度差も重力加速度の差も殆ど無いのですから、潮汐力が働いているとは言えません。潮汐力の効果を調べるのに、潮汐力が働いていないものを参考にする事は出来ません。・・特殊な共振周波数を持つ場所なのです。もし、水深や沿岸の形状などといった地形の影響がなければ、潮汐の高さは数十cmに過ぎません。

新Ｑ＞　ミニチュアを実現する方法が物理学であり技術の神髄です。たとえばコンピュータにはアナログコンピュータという技術でミニチュアの神髄となる、次元解析を実現しています。アナログコンピュータは波動の解析に力を発揮しますが、建築デザインにおいて次元解析でダムや高層ビル、地震応力のミニチュアを観察することができます。
ガウディのバルセロナに作ろうとしたサグラダ・ファミリアの素晴らしさはそこにあります。テレビや本で話題になったから素晴らしいのではありません。(実際美しいですが)

　鉛直に自立するか感度を高めた実験をすれば宇宙(軌道)エレベータのミニチュア観察も可能です。たとえば月の潮汐力は高さは数十cmの水中をたてるほどあるのですから十分に強力です。このおおきな巨大な力をミニチュアの実験に利用しないのが変です。
　月夜の晩に今がシーズンのカエルの卵を池に捜してください。くにゃくにゃの寒天が月を指して直立しましたか。海に出かけてナマコを捕まえて下さい。クニャクニャの体が月を指して伸びましたか。物理は自然観察が基本です。

　宇宙(軌道)エレベータからより高度を増す建設で最初の高度増分はｋｍ単位ですか、まさか、手のひらより近い、ほぼ０ｍｍから建設開始と同時にテザーの先端は伸ばし始めるはずだったのではないでしょうか。建設開始時には長くありません。建設後に何十キロメートルに達する筈にしても万里の長城も一歩から、０ｍｍからです。０ｍｍで不可能なら建設はやはり不可能なのです。

　Ａ＞それに何よりも、地上に置かれているミニチュアは重力によって下方向に引っ張られているのですから、模擬衛星本体から下に向かってテザーを送り出したのなら、鉛直方向に延びて行くのは当たり前の話です。

新Ｑ＞　下方に伸びるのを観察するのは本旨が読み取れない意味、実に間抜けです。その通りです。やりたい観察、するべき観察はお判りでしょう。宇宙(軌道)エレベータの円周外側、宇宙に向けてより高度の高い方向へテザーが伸びるか判定するのです。
それは地上で十分可能です。やりたければ無重力体験用の航空機に乗ってやればいい。垂直坑道で自由落下させるエレベータ内でやってもよい。比重の似た溶液を満たしたプールの中にミニチュアを沈めてもよい。

回答No.7

OKWavex

どうも根本的に宇宙(軌道)エレベータの原理を理解していないようなのでかんたんに説明します。
衛星軌道上には遠心力・潮汐力を利用して地上から見て完全に静止した一点に衛星の配置が可能です。そこから地上に向けてひも付きの物体を落とせばまっすぐ地面に向けて落下していきます。つまり静止軌道の一点から質量バランスを保ちながら地上方向・反地上方向へ建造物を伸ばしていけば一方が地上に達するとともに一方が宇宙へと伸びた構造物ができあがるので、これがエレベータとして成立するのです。流体云々の考察自体がまったく無意味です。

お礼

お答えありがとうございます。

A>　・・衛星軌道上には遠心力・潮汐力を利用して地上から見て完全に静止した一点に衛星の配置が可能です。

新Q　　遠心力・潮汐力は静止衛星の部分条件で条件の総てではありません。それだけでは静止はできません。潮汐力というより静止衛星に働くのは正しく言えば万有引力です。大体衛星は遠心力と万有引力との釣り合いで説明するのが普通でしょ。
だいたい自然落下の放物線運動が宇宙を飛びゆくロケットの基本運動のなかで遠心力、地球の万有引力を利用しているのが宇宙ロケットです。宇宙ロケットの中でさらに極限に軌道の水平方向を求めているのが静止衛星で、地球に対する周回周期がほぼ１回/日が静止衛星ですね。静止衛星ではさらに軌道周回の円を収める面に、赤道を収める面と実用上問題の起きない程度に一致させた条件にあります。

A> 　そこから地上に向けてひも付きの物体を落とせばまっすぐ地面に向けて落下していきます。

新Q　すべての衛星は放物線落下運動の軌道ですから糸くずといえど、そんなわけないでしょう。
地上と静止衛星は同期して１日で１回３６０°周回しています。同期して周回する状態ではカーブ外周を走る側は速く、内周を走る側は速度が遅いのです。すると軌道高度が下がりつつある落下物はまだ接線速度が静止軌道のままなのでそれより遅い地表よりも先行していきます。真っ直ぐ地面にむけて落下などあり得ません。
　簡単な計算をしてみましょう。高度ｈで半径Dの地球を周回すると静止衛星の接線速度は時速ｖ＝２π（D+ｈ）／２４です。それに対し静止衛星に同期して回転する地表では接線速度V＝２πD／２４です。衛星高度の接線速度ｖと地表の接線速度Vでは互いに大きさが異なるので、真っ直ぐ落ちることにならず、回転方向に先行して進んだ地点に到達します。したがって真っ直ぐ落ちることは決してありません。

　したがってテザーの地上末端を地上に繋留すると、その速度を高度に関係して変化させるための張力が発生します。そしてもしも水平張力がどの高度でも一定ならカテナリ(懸架)曲線ですが、一定引力で現れる懸架のような形になるか否か、水平張力は高度ごとに変化して一定の保証はありません。

A＞　つまり静止軌道の一点から質量バランスを保ちながら地上方向・反地上方向へ建造物を伸ばしていけば一方が地上に達する

新Q　真っ直ぐ地上に到達不能と計算に示したとおり。地上に達しても真っ直ぐではありません。

A＞　一方が宇宙へと伸びた構造物ができあがるので、これがエレベータとして成立するのです。

新Q　宇宙へ伸びる構造物はできません。
なぜなら鉛直に直立するような棒の現象は宇宙にもこの地上にも、宇宙(軌道)エレベータでも、疑似無重力の飛行機でもそんな棒も針もみつけられた例がないからです。現実に存在しない絵空事、空想の産物です。

テザーはアジマス比の極大にまで大きい繊維です。柔軟な素材ですから無重力にもし置けばそして潮汐力が働いたとしてもやはり自立した直線状線分にはなりません。

潮汐力が働いた繊維が鉛直に自立するか、宇宙ステーションや地上や、疑似無重力の飛行機や、垂直坑道の自由落下エレベータの中で実験したらはっきりします。でももっと身近に観察ができます。水の中に浮いた寒天状カエルの卵を月夜の晩にでも観察してください。蛙の卵の寒天が直立した姿をたとえ水の中でも見ることはないでしょう。それが現実なのです。潮汐力が繊維を鉛直に自立させることはありません。海のナマコも月夜の晩でも月を指して長くなったりはしません。なったらおもしろい。かんげいです。

潮汐力は鉛直に自立させないので、すると静止衛星からより高度の高い方面にテザーを伸ばすと高度は増加せず同一高度に停滞する状態になります。なぜならば静止衛星に蓄蔵してあったテザーはどの部分も静止衛星と同一の接線速度を持っているからです。鉛直に立ち上がる事があり得ません。

回答No.6

OKWavex

＞現実を試しに観察してください。
＞物理は現実の観察が基本です。頭の中の論理はその次です。

あなたがやっているのは観察ではなく都合のいい現象だけを思い込みで自分に都合のいい解釈をしているのにすぎません
それを避ける一般化が物理学であることを理解することです
そもそも宇宙(軌道)エレベータは一定の重力場での力の釣り合いで得られるのであって、場の変化というおかしな解釈自体があなたの独りよがりに過ぎません
高いところにあるものを地面に落とす重力と遠心力・潮汐力がつりあう、宇宙(軌道)エレベータの単純構造を理解することです

お礼

お答えありがとうございます。われわれは建設的に前向きに対話を運びましょう。

　たとえばミニチュアに力学構造の正否を実験し実証しましょう。ぜひ実証実験を建築の先に行うべきです。
　その宇宙(軌道)エレベータを実証するときのミニチュアは形状が線状に長軸を長くアスペクト比１０以上で長ければ長いほど実際の宇宙(軌道)エレベータに近く実証できるでしょう。ミニチュアの材質は柔軟材質でグミやゼラチンやゴムひもがよいでしょう。宇宙に持って行ってください。
　あなたの仰る潮汐力は宇宙(軌道)エレベータでも地上でも同一の性質です。ですから地上でも確かめられます。
　カウンターウェイトを宇宙に向けて伸ばしてみてください。できるでしょうか。
　その宇宙(軌道)エレベータの最も簡易なミニチュアは何でしょう。それは磁力を除いた特製の針を持つ方位磁石の構造です。
　それに類する身の回りの品が、宇宙飛行士の宙に浮かせて遊んでいるペンや鉛筆やヒモなのです。よく観察しましょう。針が、棒が、ペンが鉛直に自立しますか。
　大きめに作りたければスカイツリーや廃坑の垂直エレベータ穴で実験できるでしょう。

　とても良い実験実証の実例があります。とても役立ったミニチュアです。
たとえば有名な寺院にバルセロナのサグラダ・ファミリアがあります。建築設計士のガウディはさすがに立派な科学者です。日本の似非科学とは違います。
　かの地で建設中の寺院に行くと地下に展示場があり、完成予想図や完成模型があります。
　模型には何種類もあるのですが、特記記銘すべき模型は天地逆さに糸でつり落とした立体模型です。
　サグラダ・ファミリアでは建築設計に力学計算だけではなく、ミニチュアに力学構造の正否を実験しています。
　サグラダファミリアは柱で支えなくとも外皮壁構造で全体を支える目的でカテナリ(懸垂架線曲線)を基本の力学に用いたところに特徴があり、ユニークな構造です。他に完成した建築物が類似と言えばアーチ構造の石橋やしかないのです。

　あなたが仰るように役に立つ力学か、ミニチュアを考え実施すべきでしょう。

補足

お答えありがとうございます。

補足
　潮汐力は地上でも宇宙(軌道)エレベータでも原理は変わりません。大小微小だという事はあるかないか、どちらにしろ感度の高い測定器で嫉視すれば良いのです。潮汐力の有無は地上でも宇宙(軌道)エレベータでもどちらにも有りです。

　とこが潮汐力は海水面の上下にしか観察できません。針は鉛直に自立しません。
原理があっても針に働くことはありません。

　なぜが　ためしに私論を仮説として提示しましょう。

海は満潮干潮で、海面が高度１０ｍを超えて干満します。それが主に月の引力が原因となった潮汐力です。WEB引用「潮汐力の神秘（潮の満ち干） 各地の干満差 世界最大といわれるカナダのファンディー湾の干満差はなんと15mを超えることもあるというから驚きです。 その他にも西オーストラリアのブルーム、朝鮮半島の仁川の10mも有名です」「ノルマンディー地方南部・ブルターニュとの境に近いサン・マロ湾はヨーロッパでも潮の干満の差が最も激しい所として知られる。潮の満ち引きの差は15メートル以上ある。」。

　ところで海水では水のあらゆる部分に均等に潮汐力が作用している。潮汐力は海面を押し、満干潮汐を発生する。潮汐力が弾性体なら月方向に伸びるような応力と、弾性体の形状にひずみを発生させるように働く。水は非弾性体だが流体なので流れ集まって海面を月に向けて上下させ潮汐を起こす。
　潮汐力は場の歪をともなわないがあらゆる部分に均等に作用する。

　どうやら自由に吊り置いた針が付きを指してくれない原因は均等にあらゆる部分に作用する性質が潮汐力にあるからだ。潮汐力が月にめがけて、棒や針を向けない。いくら針の感度が良くても向かない。

　どうやら作用点をよく再考し原因を考えねばいけないようだ。作用が針の末端の作用点に集中すれば、たとえば磁針のように磁極めがけて回転し向きを変えるはずだ。磁針では針の末端に磁界傾度が強くなる。針の末端に磁場傾度急峻に変化して磁力線が集中する。

　ところが潮汐力は針の末端に力が集中しない。だから針も長い棒でも自由に回転させても月をめがけた向きへと方向が変わらない。磁針に対する磁場のような場の歪が、潮汐力にあれば針は月をめがけてでも回転する筈だ。したがって潮汐力には場の歪をともなわない。

　ところで宇宙(軌道)エレベータではテザーという紐が地球から鉛直に宇宙ステーションの外側へカウンターウィトと一緒に伸びていくと構想している。

　このように宇宙(軌道)エレベータの形状が鉛直に伸びるためには磁針に働く力のような場の変化が必要だ。しかし潮汐力にはそのような場の変化はないので、宇宙(軌道)エレベータ構想は失敗する。

回答No.5

kagakusuki

>ペンの向きは鉛直を保ったでしょうか。地球に対して鉛直になろうと動いたでしょうか。
>宙に浮いた水玉は楕円球になりながら長軸が地球に対して鉛直になろうとしたでしょうか？否でしょ、

　ペンは長さが非常に短いので、例え地球に対して鉛直方向に向けた場合においても、その両端の間に加わる潮汐力は極々僅かなものに過ぎず、感知出来る様な力とはなりません。
　宙に浮いた水玉は、潮汐力と表面張力によって回転楕円体の形になろうとしてはいますが、ペンの話と同様に潮汐力は極ごく僅かなものに過ぎないため、僅かな外乱があればその外乱の影響の陰に潮汐力の影響が隠れてしまい、感知する事が出来なくなります。

　テザーに関してですが、例えば衛星からテザーを下向きに伸ばした場合には、テザーは高度が低下する事になりますから、位置エネルギーが運動エネルギーに変換され、テザーの速度は衛星本体の速度よりも速くなります。
　そのためテザーは衛星本体よりも先に進む事になりますが、衛星本体に繋がっているため衛星本体に引っ張られて次第に高度があがって行く事で衛星本体の周りを回転運動し始めます。
　衛星本体と同じ高度に達した後も慣性によって回転は続くため、今度は衛星よりも高度が高くなり、運動エネルギーが位置エネルギーに変換されてテザーの速度は衛星本体よりも遅くなり、衛星に追い越される形で衛星の上方を前から後ろに向かって回転する事になり、これが繰り返される事で、テザーは衛星の周りを衛星とテザーの軌道周期と同じ周期で回転する事になると思います。
　ですから、テザーを地球のある方向に向ける様な力が働く事は無いと思います。
(但し、テザーに電流が流れる場合や、空気抵抗の影響がある場合にはこの限りではありません)

　ペンの場合も測定出来るかどうかも分からない程の極極僅かな潮汐力が働いてはいるものの、ペンの慣性モーメントの影響も合わせて考えますと、ペンが地球に対して鉛直方向に立つ様な事にはならない筈です。

お礼

お答えありがとうございます。

補足
　ミニチュアに力学構造の正否を実験し実証しましょう。ぜひ実証実験を建築の先に行うべきです。
　その宇宙(軌道)エレベータを実証するときのミニチュアは形状が線状に長軸を長くアスペクト比１０以上で長ければ長いほど実際の宇宙(軌道)エレベータに近く実証できるでしょう。ミニチュアの材質は柔軟材質でグミやゼラチンやゴムひもがよいでしょう。宇宙に持って行ってください。

　あなたの仰る潮汐力は宇宙(軌道)エレベータでも地上でも同一の性質です。ですから地上でも確かめられます。
　大きめに作りたければスカイツリーや廃坑の垂直エレベータ穴で実験できるでしょう。

　カウンターウェイトを宇宙に向けて伸ばしてみてください。できるでしょうか。
　その宇宙(軌道)エレベータの最も簡易なミニチュアは何でしょう。それは磁力を除いた特製の針を持つ(磁力の失せた)方位磁石の構造です。
　それに類する身の回りの品が、宇宙飛行士の宙に浮かせて遊んでいるペンや鉛筆やヒモなのです。よく観察しましょう。針が、棒が、ペンが鉛直に自立しますか。

　とても良い実験実証の実例があります。とても役立ったミニチュアです。
たとえば有名な寺院にバルセロナのサグラダ・ファミリアがあります。かの地で建設中の寺院に行くと地下に展示場があり、完成予想図や完成模型があります。
　模型には何種類もあるのですが、特記記銘すべき模型は天地逆さに糸でつり落とした立体模型です。
　サグラダ・ファミリアでは建築設計に力学計算だけではなく、ミニチュアに力学構造の正否を実験しています。
　サグラダファミリアは柱で支えなくとも外皮壁構造で全体を支える目的でカテナリ(懸垂架線曲線)を基本の力学に用いたところに特徴があり、ユニークな構造です。他に完成した建築物が類似と言えばアーチ構造の石橋やアーチの屋根しかないのです。

　あなたが仰るように役に立つ力学か、ガウディのサグラダファミリアにならってミニチュアを考え実施すべきでしょう。

補足

お答えありがとうございます。

補足
　潮汐力は地上でも宇宙(軌道)エレベータでも原理は変わりません。大小微小だという事はあるかないか、どちらにしろ感度の高い測定器で嫉視すれば良いのです。潮汐力の有無は地上でも宇宙(軌道)エレベータでもどちらにも有りです。

　とこが潮汐力は海水面の上下にしか観察できません。針は鉛直に自立しません。
原理があっても針に働くことはありません。

　なぜが　ためしに私論を仮説として提示しましょう。

海は満潮干潮で、海面が高度１０ｍを超えて干満します。それが主に月の引力が原因となった潮汐力です。WEB引用「潮汐力の神秘（潮の満ち干） 各地の干満差 世界最大といわれるカナダのファンディー湾の干満差はなんと15mを超えることもあるというから驚きです。 その他にも西オーストラリアのブルーム、朝鮮半島の仁川の10mも有名です」「ノルマンディー地方南部・ブルターニュとの境に近いサン・マロ湾はヨーロッパでも潮の干満の差が最も激しい所として知られる。潮の満ち引きの差は15メートル以上ある。」。すごい水柱高さです。
　どんなに面積の小さな手桶でも深さ１５メートルの手桶を持ち上げる力は私にはありません。とんでもない力が地上の潮汐力にあり、微力とは到底いえません。

　ところで海水では水のあらゆる部分に均等に潮汐力が作用している。潮汐力は海面を押し、満干潮汐を発生する。潮汐力が弾性体なら月方向に伸びるような応力と、弾性体の形状にひずみを発生させるように働く。水は非弾性体だが流体なので流れ集まって海面を月に向けて上下させ潮汐を起こす。
　潮汐力は場の歪をともなわないがあらゆる部分に均等に作用する。

　どうやら自由に吊り置いた針が付きを指してくれない原因は均等にあらゆる部分に作用する性質が潮汐力にあるからだ。潮汐力が月にめがけて、棒や針を向けない。いくら針の感度が良くても向かない。

　どうやら作用点をよく再考し原因を考えねばいけないようだ。作用が針の末端の作用点に集中すれば、たとえば磁針のように磁極めがけて回転し向きを変えるはずだ。磁針では針の末端に磁界傾度が強くなる。針の末端に磁場傾度急峻に変化して磁力線が集中する。

　ところが潮汐力は針の末端に力が集中しない。だから針も長い棒でも自由に回転させても月をめがけた向きへと方向が変わらない。磁針に対する磁場のような場の歪が、潮汐力にあれば針は月をめがけてでも回転する筈だ。したがって潮汐力には場の歪をともなわない。

　ところで宇宙(軌道)エレベータではテザーという紐が地球から鉛直に宇宙ステーションの外側へカウンターウィトと一緒に伸びていくと構想している。

　このように宇宙(軌道)エレベータの形状が鉛直に伸びるためには磁針に働く力のような場の変化が必要だ。しかし潮汐力にはそのような場の変化はないので、宇宙(軌道)エレベータ構想は失敗する。

回答No.4

kagakusuki

質問者様は勘違いをされておられる様ですが、軌道エレベーターの話で述べられている潮汐力とは、月の潮汐力の事ではなく、地球の潮汐力の事です。
　潮汐力とは遠心力と引力という2つの力の差によって生じる見かけ上の力の事です。
　月は地球の周り回っていますが、正確に言いますと地球の周りではなく、地球と月を合わせて考えた場合の重心(共通重心)の周りを回っています。
　そして地球もまた月の引力によって月の重心がある方向に引っ張られていますが、その月の引力によって月がある方へと地球が落ちて行ってしまわないのは、地球もまた地球と月の共通重心の周りを回っていて、その遠心力によって月の引力に対抗しているからなのです。(地球は月と比べて非常に重いため、月に対する地球の公転半径は非常に小さく、回転の中心点は地球の内部に位置しています)
　地球が月との共通重心の周りを回っていて、月と地球の関係が維持されているという事は、地球に加わる月の引力と遠心力が釣り合っているという事ですが、その2つの力が釣り合っているのは地球の重心(地球の中心)における位置においての話であり、地球の中心よりも月に近い所では月の引力の方が強くなっていますし、地球の中心よりも月から遠い所では月に対する地球の公転運動による遠心力の方が強くなっています。
　月が天頂に見えている時には満潮となりますが、その場合、地表は地球が共通重心よりも月に近い所に位置していますから、月の引力の方が遠心力より強いため、地球表面にある海水が月のある方へ引っ張られる事によって海面が盛り上がる訳です。
　逆に、月が天頂に見えている地点から見て地球の丁度裏側の地点では、地表は地球が共通重心よりも月から遠い所に位置していますから、遠心力の方が月の引力より強いため、地球表面にある海水が月のある方向とは反対の方へ引っ張られる事によって海面が盛り上がる訳です。
　これが潮汐の原理であり、潮汐を生み出す原因ともなっている「引力と遠心力(正確には遠心力ではなく慣性力)の差によって生じる力」の事を潮汐力と言います。

　軌道エレベータの話における潮汐力もこれと同じ様な話で、軌道エレベータは地球の周りを地球の自転周期と同じ周期で回っているため遠心力が加わる事になりますが、この遠心力と地球の引力が釣り合うのは、静止衛星軌道高度と同じ距離だけ地球から離れた所だけであり、それよりも下の所では地球の引力の方が強くなるため下へ向って引っ張られているのに対し、静止衛星軌道よりも高い所では遠心力の方が強くなっているために上に向かって引っ張られる事になります。
　この軌道エレベーターを上下方向に引っ張っぱる力が、軌道エレベーターに加わる地球の潮汐力なのです。
　静止衛星軌道高度よりも下の部分に加わる地球の潮汐力と、上の部分に加わる地球の潮汐力が丁度釣り合っている様に、上の部分と下の部分の質量の分布を調整してエレベーターを設計すれば、エレベーターは静止衛星軌道と同じ高さの所を中心としていつまでも同じ高度に留まる事が出来ます。
　これが軌道エレベーターの原理であり、静止衛星軌道を境にして上下逆方向に加わる地球の潮汐力が存在しているからこそ、軌道エレベーターが成り立つ事が出来るのです。

【参考URL】
　軌道エレベータ - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%BB%8C%E9%81%93%E3%82%A8%E3%83%AC%E3%83%99%E3%83%BC%E3%82%BF

　JSEA 一般社団法人 宇宙エレベーター協会 > 一般 宇宙エレベーターとは > 初めての方へ──宇宙エレベーター早わかり
　　http://www.jsea.jp/about-se/How-to-know-SE.html

　潮汐力 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%BD%AE%E6%B1%90%E5%8A%9B

　ＦＮの高校物理 > サイトマップ > 10.潮汐力
　　http://fnorio.com/0010tidal_force1/tidal_force.htm

お礼

お答えありがとうございます。
A＞軌道エレベータの話における潮汐力・・　この軌道エレベーターを上下方向に引っ張っぱる力が、軌道エレベーターに加わる地球の潮汐力なのです。・・軌道エレベーターが成り立つ事が出来るのです

新Q＞　それが私が意図し示したかった潮汐力です。手間をかけたご説明ありがとうございます。

　しかしテザーを地球に対し鉛直に伸長する作用は期待できない。それが私の知る真実の現象です。
あなたも私も宇宙飛行士の船内映像中継を見たことがあるでしょう。思い出してください。
縄跳びやボール投げ、鉛筆やペン等、そして飲用水で目の前の宙に水玉を浮かせ宙に浮く無重力というのを見せ、地上にいる我々にテレビから宇宙の旅の映像を見せてくれます。
　ところでペンの向きは鉛直を保ったでしょうか。地球に対して鉛直になろうと動いたでしょうか。
　宙に浮いた水玉は楕円球になりながら長軸が地球に対して鉛直になろうとしたでしょうか？否でしょ、真実を見る目がなぜ曇るのでしょう、とっても残念です。テザーが地球に対し鉛直に伸びる現象があるとしたら、経験から私にはあり得ない話ですが、あなたはその現象をどこで見たのでしょう。あったら教えて下さい。

補足

お答えありがとうございます。

補足
　ミニチュアに力学構造の正否を実験し実証しましょう。ぜひ実証実験を建築のまえに行うべきです。
　その宇宙(軌道)エレベータを実証するときのミニチュアは形状が線状に長軸を長くアスペクト比１０以上で長ければ長いほど実際の宇宙(軌道)エレベータに近く実証できるでしょう。ミニチュアの材質は柔軟材質でグミやゼラチンやゴムひもがよいでしょう。宇宙に持って行ってください。

　あなたの仰る潮汐力は宇宙(軌道)エレベータでも地上でも同一の性質です。ですから地上でも確かめられます。
　大きめに作りたければスカイツリーや廃坑の垂直エレベータ穴で実験できるでしょう。

　カウンターウェイトを宇宙に向けて伸ばしてみてください。できるでしょうか。
　その宇宙(軌道)エレベータの最も簡易なミニチュアは何でしょう。それは磁力を除いた特製の針を持つ(磁力の失せた)方位磁石の構造です。
　それに類する身の回りの品が、宇宙飛行士の宙に浮かせて遊んでいるペンや鉛筆やヒモなのです。よく観察しましょう。針が、棒が、ペンが鉛直に自立しますか。

　とても良い実験実証の実例があります。とても役立ったミニチュアです。
たとえば有名な寺院にバルセロナのサグラダ・ファミリアがあります。かの地で建設中の寺院に行くと地下に展示場があり、完成予想図や完成模型があります。
　模型には何種類もあるのですが、特記記銘すべき模型は天地逆さに糸でつり落とした立体模型です。
　サグラダ・ファミリアでは建築設計に力学計算だけではなく、ミニチュアに力学構造の正否を実験しています。
　サグラダファミリアは柱で支えなくとも外皮壁構造で全体を支える目的でカテナリ(懸垂架線曲線)を基本の力学に用いたところに特徴があり、ユニークな構造です。他に完成した建築物が類似と言えばアーチ構造の石橋やアーチの屋根しかないのです。

　あなたが仰るように役に立つ力学か、ガウディのサグラダファミリアにならってミニチュアを考え実施すべきでしょう。

回答No.3

chie65535

＞しかし私は長い棒や針が月を向いて勝手に立ったり、吊り置いて自由に回転させた針が月に向いた姿を見たことがありません。

それは「貴方が静止衛星軌道上に居ないから」です。

貴方が静止衛星軌道上に居れば「長い棒や針が『地球』を向いて勝手に立ったり、吊り置いて自由に回転させた針が『地球』に向いた姿」を目にする事が出来ます。

なお、何を勘違いしているか知りませんが「月は無関係」です。

軌道エレベーターで論じられている「潮汐力」は「静止衛星に対して働く、地球の潮汐力」です。判りやすく言えば「地球と静止衛星の間でお互いに働きあう引力」「地球に落ちようとする力」の事です。

静止衛星が静止している理由は「地球の潮汐力（地球に落ちようとする力）と、回転する衛星の遠心力が、ピッタリ釣り合っているから」です。

「静止衛星」は「実は静止してない」のです。「永久に落ち続けている」のです。ただ「遠心力で外側に飛び出して行こうとする距離と同じだけ落ちている」のです。

なので「静止衛星の重心から地球に近い方」では「地球に向けて落ちようとする力（潮汐力）」が働くし「静止衛星の重心から地球に遠い方」では「地球から離れようとする力（遠心力）」が働きます。

以上を踏まえて、静止軌道の高度35786kmにある静止衛星から、地球の方向に向けて「長さ35786kmある絶対切れないケーブル」を出すと、ケーブルは「地球の潮汐力（地球の引力）」によって、地表に向かって真っ直ぐに垂れ下がります。

紐の片方を固定して吊るすと、地表に向かって真っ直ぐに垂れ下がりますが、これと同じです。

地球の方向にだけ垂らすと、ケーブルの重さの分だけ「重心が地球に近付いてしまう」ので、静止衛星がケーブルごと「落下」を始めてしまいます。

それを防ぐため、地球と反対の方向に向けて「長さ35786kmある絶対切れないケーブル」を出します。この「反対側のケーブル」は「遠心力」によって「地球と反対側にまっすぐ伸びていく」ことになります。

紐の先に重りを付けてグルグル振り回すと、紐は真っ直ぐに「外側に向かって伸び」ますが、これと同じ事が起きます。

そして「内側に垂らしたケーブル」と「外側に張ったケーブル」は「潮汐力と遠心力」で、静止衛星を中心にして、真っ直ぐになり、釣り合います。

高度35786kmにある静止衛星から長さ35786kmある絶対切れないケーブルを垂らしたのですから、このケーブルの「先っぽ」は「地表に到達」します。

軌道エレベーターの正体は「静止衛星から絶対に切れないケーブルを出しただけの物」なのです。

お礼

お答えありがとうございます
　人間の目は曇りやすい、優秀なはずなのになぜか真実や実像が見えない。原因は何なのかどちら側に生まれるのか、もう一度もう一度宇宙の映像の真実を思い出せるか試してください。
ｑ＞＞　針が月に向いた姿を見たことがありません。

A　＞それは「貴方が静止衛星軌道上に居ないから」です。

新ｑ　あなたも私も軌道にいなくても、ほぼ実体験したはずです。宇宙飛行士が縄跳びやボール投げ、鉛筆やペン等、そして飲用水で目の前の宙に水玉を浮かせ宙に浮く無重力というのを見せ、地上にいる我々にテレビから宇宙の旅の映像を見せてくれます。
　ペンの向きは鉛直を保ったでしょうか。地球に対して鉛直になろうと動いたでしょうか。
　宙に浮いた水玉は楕円球になりながら長軸が地球に対して鉛直になろうとしたでしょうか？否でしょ、真実を見る目がなぜ曇るのでしょう、とっても残念です。

A> 貴方が静止衛星軌道上に居れば「長い棒や針が『地球』を向いて勝手に立ったり、吊り置いて自由に回転させた針が『地球』に向いた姿」を目にする事が出来ます。

新ｑ　経験から私にはあり得ない話ですが、あなたはその現象をどこで見たのでしょう。あったら教えて下さい。

Ａ＞軌道エレベーターで論じられている「潮汐力」は「静止衛星に対して働く、地球の潮汐力」です。判りやすく言えば「地球と静止衛星の間でお互いに働きあう引力」「地球に落ちようとする力」の事です。

新ｑ　地球重心と軌道上物体の重心の離れる距離により、重力加速度が異なる。その加速度大小の傾きから起きる力を潮汐力とよぶ。月と海水の間にも傾きがあるので同じく潮汐力という名称で現象名を代表する。したがって潮汐力が宇宙(軌道)エレベータでは月や海水とはなるほど無関係です。そういう認識が最初からありますが、見知らぬ相手に説明するには、共通に経験のある海から話の糸口、条件解説の始まりにしています。このような融通にご理解をください。

Ａ＞ 静止衛星が静止している理由は「地球の潮汐力（地球に落ちようとする力）と、回転する衛星の遠心力が、ピッタリ釣り合っているから」です。

新ｑ　いわゆる無重力ですから、テザーを伸ばしても、テザーの先端はくにゃっとなり、いわゆる地球に対して鉛直にテザー自ら形状真っ直ぐに伸びだすことは絶対に起きない現象です。

Ａ＞　・・なので「静止衛星の重心から地球に近い方」では「地球に向けて落ちようとする力（潮汐力）」が働くし「静止衛星の重心から地球に遠い方」では「地球から離れようとする力（遠心力）」が働きます。・・、地表に向かって真っ直ぐに垂れ下がります。

新Q　その通りの力は存在しますが、働きは違います。けっしてテザーを下に垂らす現象に働きません。もし働けば宇宙船の中のペンや水玉が宙に浮く姿に現れています。
　現れないので存在しない働きです。

Ａ＞　・・、地球と反対の方向に向けて「長さ35786kmある絶対切れないケーブル」を出します。この「反対側のケーブル」は「遠心力」によって「地球と反対側にまっすぐ伸びていく」ことになります。・・紐の先に重りを付けてグルグル振り回すと、紐は真っ直ぐに「外側に向かって伸び」ますが、これと同じ事が起きます。

新ｑ　これも嘘です。宇宙船の中のペンや水玉が宙に浮く姿に現れています。
　現れないので存在しない働きです。なぜ真実が目の前にあるのに見えないのでしょう。

　不思議な心理現象です。

補足

お答えありがとうございます。

補足
　ミニチュアに力学構造の正否を実験し実証しましょう。ぜひ実証実験を建築の先に行うべきです。
　その宇宙(軌道)エレベータを実証するときのミニチュアは形状が線状に長軸を長くアスペクト比１０以上で長ければ長いほど実際の宇宙(軌道)エレベータに近く実証できるでしょう。ミニチュアの材質は柔軟材質でグミやゼラチンやゴムひもがよいでしょう。宇宙に持って行ってください。

　あなたの仰る潮汐力は宇宙(軌道)エレベータでも地上でも同一の性質です。ですから地上でも確かめられます。
　カウンターウェイトを宇宙に向けて伸ばしてみてください。できるでしょうか。
　その宇宙(軌道)エレベータの最も簡易なミニチュアは何でしょう。それは磁力を除いた特製の針を持つ(磁力の失せた)方位磁石の構造です。
　それに類する身の回りの品が、宇宙飛行士の宙に浮かせて遊んでいるペンや鉛筆やヒモなのです。よく観察しましょう。針が、棒が、ペンが鉛直に自立しますか。
　大きめに作りたければスカイツリーや廃坑の垂直エレベータ穴で実験できるでしょう。

　その宇宙(軌道)エレベータの最も簡易なミニチュアは何でしょう。それは磁力を除いた特製の針を持つ方位磁石の構造です。
　それに類する身の回りの品が、宇宙飛行士の宙に浮かせて遊んでいるペンや鉛筆やヒモなのです。よく観察しましょう。

　とても良い実験実証の実例があります。とても役立ったミニチュアです。
たとえば有名な寺院にバルセロナのサグラダ・ファミリアがあります。かの地で建設中の寺院に行くと地下に展示場があり、完成予想図や完成模型があります。
　模型には何種類もあるのですが、特記記銘すべき模型は天地逆さに糸でつり落とした立体模型です。
　サグラダ・ファミリアでは建築設計に力学計算だけではなく、ミニチュアに力学構造の正否を実験しています。
　サグラダファミリアは柱で支えなくとも外皮壁構造で全体を支える目的でカテナリ(懸垂架線曲線)を基本の力学に用いたところに特徴があり、ユニークな構造です。他に完成した建築物が類似と言えばアーチ構造の石橋やしかないのです。

　あなたが仰るように役に立つ力学か、ガウディのサグラダファミリアにならってミニチュアを考え実施すべきでしょう。

回答No.2

nananotanu

>宇宙ステーションから鉛直にテザーという紐を伸ばして

というところで、もしかしたら国際宇宙ステーションなどをイメージされて混乱されたのかもしれませんが、そもそも「軌道エレベータ全体の重心」は静止衛星軌道上に持っていきます。だから、重心から上下に紐をのばしていったと考えれば(重心の位置を保ったまま)、やがて下にのばした紐は(重力で引っ張られるので)地球赤道上のある地点に届くはずです。なぜなら、ロープの出発点は常にその地点の真上にあるのですから。一方、上にのばしていったロープは遠心力によって真っ直ぐ張られていきますから、結局1本のまっすぐのびたロープが張られることになりますね。この、(静止衛星軌道上にある)重心から上下にはみ出した部分同士が引っ張り合う力を『潮汐力』といいます。
即ち、軌道エレベータが鉛直にたつのは、そもそも地上の真上の点と結んでいるからであり、また、ここでいう潮汐力は『月による』潮汐力ではないのです。

お礼

お答えありがとうございます。
A＞・・というところで、もしかしたら国際宇宙ステーションなどをイメージ

新Q１＞　そのとおりイメージしています。ほかに建築の手順はあるのでしょうか。
私の案では宇宙ステーションができた後、そこに資材の総てを一旦貯蔵します。
貯蔵される資材とはカウンターウェイト、テザーです。
　一旦貯蔵という意味は資材が宇宙(軌道)エレベータステーションの高度に達するという意味よりも、その意味は同じ周期で地球に対し回転が同期する条件に一致させるという意味がより重く重要です。
同期するために最良の選択がステーションに貯蔵する方法です。
次に資材の総てが宇宙(軌道)エレベータステーションの位置する方位と同一か、地上繋留点と直線状に位置するように延伸させることが２番目に重要です。

A＞・・そもそも「軌道エレベータ全体の重心」は静止衛星軌道上に持っていきます。
新ｑ２＞　たとえば『「軌道エレベータ全体の重心」は静止衛星軌道上に持っていき』を実現するためには新Ｑ１がその方法でしょうな。

Ａ>　だから、重心から上下に紐をのばしていったと考えれば(重心の位置を保ったまま)、やがて下にのばした紐は(重力で引っ張られるので)地球赤道上のある地点に届くはずです。

新ｑ＞　宇宙船で宇宙飛行士が持った縄が鉛直方向に垂れたり、高度をより高きに目指して縄が伸びることは現実の自然現象では存在しません。

　あなたも宇宙飛行士が宙に浮かせた鉛筆やペンが鉛直には向かないと知っているでしょう。
　飲料水の水玉が宙に浮いても鉛直方向の楕円にはなってない画像を見ているでしょう。
　それなのになぜ宇宙(軌道)エレベータのテザーに限って鉛直に伸びた姿になると想像するのでしょう。
　テザーをどうやって垂らすのでしょう。地上から出発させた場合でも、自然の摂理からロープ先端を宇宙ステーションにまで届ける事は不可能です。

Ａ>　なぜなら、ロープの出発点は常にその地点の真上にあるのですから。一方、上にのばしていったロープは遠心力によって真っ直ぐ張られていきますから、結局1本のまっすぐのびたロープが張られることになりますね。

新ｑ＞　原理や現象に矛盾しているのでロープが張れません

Ａ＞この、(静止衛星軌道上にある)重心から上下にはみ出した部分同士が引っ張り合う力を『潮汐力』といいます。

新ｑ＞　潮汐力はその通りのものです。しかしあなたの想像は現実の現象とは異なるものです。
　もしあなたが利用しようとするそのような働きが潮汐力に存在するなら、すべての棒は勝手に鉛直に立ちます。
　たとえば磁針の針のような構造にプラスチック針を作れば、宇宙船内でも、地上でも、いずれでも鉛直方向へと方針が向くはずです。しかしそのような観察は私たちの世界には存在しません。

補足

お答えありがとうございます。

補足
　ミニチュアに力学構造の正否を実験し実証しましょう。ぜひ実証実験を建築の先に行うべきです。
　その宇宙(軌道)エレベータを実証するときのミニチュアは形状が線状に長軸を長くアスペクト比１０以上で長ければ長いほど実際の宇宙(軌道)エレベータに近く実証できるでしょう。ミニチュアの材質は柔軟材質でグミやゼラチンやゴムひもがよいでしょう。宇宙に持って行ってください。

　あなたの仰る潮汐力は宇宙(軌道)エレベータでも地上でも同一の性質です。ですから地上でも確かめられます。
　カウンターウェイトを宇宙に向けて伸ばしてみてください。できるでしょうか。
　その宇宙(軌道)エレベータの最も簡易なミニチュアは何でしょう。それは磁力を除いた特製の針を持つ(磁力の失せた)方位磁石の構造です。
　それに類する身の回りの品が、宇宙飛行士の宙に浮かせて遊んでいるペンや鉛筆やヒモなのです。よく観察しましょう。針が、棒が、ペンが鉛直に自立しますか。
　大きめに作りたければスカイツリーや廃坑の垂直エレベータ穴で実験できるでしょう。

　その宇宙(軌道)エレベータの最も簡易なミニチュアは何でしょう。それは磁力を除いた特製の針を持つ方位磁石の構造です。
　それに類する身の回りの品が、宇宙飛行士の宙に浮かせて遊んでいるペンや鉛筆やヒモなのです。よく観察しましょう。

　とても良い実験実証の実例があります。とても役立ったミニチュアです。
たとえば有名な寺院にバルセロナのサグラダ・ファミリアがあります。かの地で建設中の寺院に行くと地下に展示場があり、完成予想図や完成模型があります。
　模型には何種類もあるのですが、特記記銘すべき模型は天地逆さに糸でつり落とした立体模型です。
　サグラダ・ファミリアでは建築設計に力学計算だけではなく、ミニチュアに力学構造の正否を実験しています。
　サグラダファミリアは柱で支えなくとも外皮壁構造で全体を支える目的でカテナリ(懸垂架線曲線)を基本の力学に用いたところに特徴があり、ユニークな構造です。他に完成した建築物が類似と言えばアーチ構造の石橋やしかないのです。

　あなたが仰るように役に立つ力学か、ガウディのサグラダファミリアにならってミニチュアを考え実施すべきでしょう。

回答No.1

OKWavex

＞このように宇宙(軌道)エレベータの形状が鉛直に伸びるためには磁針に働く力のような
＞場の変化が必要だ。しかし潮汐力にはそのような場の変化はないので、
＞宇宙(軌道)エレベータ構想は失敗する。もちろん重力や遠心力も磁場と磁針のような
＞磁界のひずみがないので宇宙(軌道)エレベータの形状が鉛直に伸びることは起きないと
＞考えます。

考えるのは勝手ですがあなたのひとりよがりの思い込みにすぎません。
潮汐力も遠心力も地球の外に向いた力として働くから利用できるのです。
しりたければ物理学を勉強してください。

お礼

お答えありがとうございます
物理学の勉強をなさるとなぜ現実が見えなくなるのでしょう。

潮汐力などではテザーを地球に対し鉛直に伸長する作用は期待できない。それが私の知る真実の現象です。もちろん宇宙(軌道)エレベータの長軸形状を鉛直に保つはずもありません。
現実を試しに観察してください。物理は現実の観察が基本です。頭の中の論理はその次です。

　たとえばあなたも私も宇宙飛行士の船内映像中継を見たことがあるでしょう。思い出してください。
縄跳びやボール投げ、鉛筆やペン等、そして飲用水で目の前の宙に水玉を浮かせ宙に浮く無重力というのを見せ、地上にいる我々にテレビから宇宙の旅の映像を見せてくれます。
　ところでペンの向きは鉛直を保ったでしょうか。地球に対して鉛直になろうと動いたでしょうか。
　宙に浮いた水玉は楕円球になりながら長軸が地球に対して鉛直になろうとしたでしょうか？否でしょ、真実を見る目がなぜ曇るのでしょう、とっても残念です。テザーが地球に対し鉛直に伸びる現象があるとしたら、経験から私にはあり得ない話ですが、あなたはその現象をどこで見たのでしょう。あったら教えて下さい。

補足

お答えありがとうございます。

補足
　潮汐力は地上でも宇宙(軌道)エレベータでも原理は変わりません。大小微小だという事はあるかないか、どちらにしろ感度の高い測定器で嫉視すれば良いのです。潮汐力の有無は地上でも宇宙(軌道)エレベータでもどちらにも有りです。

　とこが潮汐力は海水面の上下にしか観察できません。針は鉛直に自立しません。
原理があっても針に働くことはありません。

　なぜが　ためしに私論を仮説として提示しましょう。

海は満潮干潮で、海面が高度１０ｍを超えて干満します。それが主に月の引力が原因となった潮汐力です。WEB引用「潮汐力の神秘（潮の満ち干） 各地の干満差 世界最大といわれるカナダのファンディー湾の干満差はなんと15mを超えることもあるというから驚きです。 その他にも西オーストラリアのブルーム、朝鮮半島の仁川の10mも有名です」「ノルマンディー地方南部・ブルターニュとの境に近いサン・マロ湾はヨーロッパでも潮の干満の差が最も激しい所として知られる。潮の満ち引きの差は15メートル以上ある。」。１５ｍの水柱となると大変な重さです。どんな面積の小さな手桶でも深さ１５メートルまで満たした手桶は私には持ち上げられません。決して弱い潮汐力ではありませんが、針や棒は鉛直や月のほうにめがけて自立しようとはしません。いくら軽い針であっても不能です。なぜでしょうか。

　ところで海水では水のあらゆる部分に均等に潮汐力が作用している。潮汐力は海面を押し、満干潮汐を発生する。潮汐力が弾性体なら月方向に伸びるような応力と、弾性体の形状にひずみを発生させるように働く。水は非弾性体だが流体なので流れ集まって海面を月に向けて上下させ潮汐を起こす。
　潮汐力は場の歪をともなわないがあらゆる部分に均等に作用する。

　どうやら自由に吊り置いた針が付きを指してくれない原因は均等にあらゆる部分に作用する性質が潮汐力にあるからだ。潮汐力が月にめがけて、棒や針を向けない。いくら針の感度が良くても向かない。いくら強い潮汐力が働いても針はピクリとも動かない。

　どうやら作用点をよく再考し原因を考えねばいけないようだ。作用が針の末端の作用点に集中すれば、たとえば磁針のように磁極めがけて回転し向きを変えるはずだ。磁針では針の末端に磁界傾度が強くなる。針の末端に磁場傾度急峻に変化して磁力線が集中する。

　ところが潮汐力は針の末端に力が集中しない。だから針も長い棒でも自由に回転させても月をめがけた向きへと方向が変わらない。磁針に対する磁場のような場の歪が、潮汐力にあれば針は月をめがけてでも回転する筈だ。したがって潮汐力には場の歪をともなわない。場のひずみの代わりに海水は流動変位の性質がある。流動変位が場のひずみの代役をしたのだ。

　ところで宇宙(軌道)エレベータではテザーという紐が地球から鉛直に宇宙ステーションの外側へカウンターウィトと一緒に伸びていくと構想している。

　このように宇宙(軌道)エレベータの形状が鉛直に伸びるためには磁針に働く力のような場の変化が必要だ。しかし潮汐力にはそのような場の変化はないので、宇宙(軌道)エレベータ構想は失敗する。