無重力について、、、

質問

スペースをお借りします。
　昔から思ってる疑問です。
　宇宙飛行士が練習のために、飛行機で無重力体験をする事がありますが、あれは惰性で飛行機を自由落下にして無重力空間を作ってますよね？
　宇宙船が宇宙に行ったときに地球の周りを回転しますが、そこでも無重力です。（遠心力と地球の重力のつりあいという事はわかります）
　この2つの現象って同じ事なのでしょうか？
　宇宙船の動きも実は落ち続けているという事なのでしょうか？
　よく絶叫コースターで自由落下に近い動きでふわっと感じる事がありますが（あれは大嫌いです(;´▽｀A``）、宇宙飛行士の皆さんってそれを四六時中体験しているって事なのですかね？
　だとしたら僕は悲しいながら宇宙へはいけないようです（笑
　もしよろしければ教えてください。

回答No.2

sanori · ベストアンサー

こんにちは。

＞＞＞この2つの現象って同じ事なのでしょうか？

中にいる人にとっては、同じです。

＞＞＞宇宙船の動きも実は落ち続けているという事なのでしょうか？

はい。本質的には落ち続けているのと同じことです。
月は地球の引力に、地球は太陽の引力によって、落ちようとしています。

直感的な理解をしていただくために、以下の説明をしてみたいと思います。

身長が１万メートル以上ある巨人が、日本の東北地方の上に立っているとしましょう。
巨人は、真南に向かってボールを地面と平行に真っ直ぐ投げます。

投げる球のスピードが遅いと、東京に落ちます。
投げる球のスピードを速くすると、パプアニューギニアに落ちます。
もっと速くすると、オーストラリアに落ちます。
もっと速くすると、南極大陸に落ちます。
もっと速くすると、ロシアの東部に落ちます。
もっと速くすると、１周して日本の東北地方に落ちます。
もっと速くすると、１周しても落ちず、２周め以降まで飛び続けます。

この「球」のことを、スペースシャトルや人工衛星や月のことだと思ってください。

（空気抵抗がないので、失速せずに公転し続けます。）

＞＞＞
よく絶叫コースターで自由落下に近い動きでふわっと感じる事がありますが（あれは大嫌いです(;´▽｀A``）、宇宙飛行士の皆さんってそれを四六時中体験しているって事なのですかね？

そういうことになりますが、「ふわっ」となりっぱなしなので、感覚は違うでしょうね。

他人が運転しているクルマやバスに乗っていると、運転手がブレーキをかけ始めるときと、停止した瞬間って「ふわっ」とか「かっくん」と来るじゃないですか。
それも類似の現象です。（加速度の変化なので「加加速度」っていうらしいです。）

お礼

回転する無重力空間では地球に落ちていくのだけど引力の方向（力のかかる方向は常に地球の中心だから？）は常に変化している、なので落ち続けても永遠に地上に落ちないって事でしょうか？
　かかっていく力が回転の方向ではないって事ですね。
　なんとなく理解出来ました。

補足

なるほどです。
　頭の中でその現象は理解できました。
　ただ一番さんの補足の事が理解できないのと、あと例えば月にいくとしますよね。
　月と地球の間って距離が違う毎に、月と地球の引力の微妙な駆け引きが変化していると思うんですが、アポロ宇宙船の中では変わらず無重力です。
　あれはどういう現象なんでしょうか？
　やはりどこかの重力との駆け引きで落ち続けているんでしょうか？
　うーん、考えれば考えるほどわからない(;´▽｀A``

回答No.7

hula-girl

No3です。少々オマケです。
takas223さんのお考えの通り、子供を産むための体のしくみが強さの秘密だと思います。
子孫を身ごもり、守り、出産する為に想像以上の隠れた体力があるのだと思います。身体に影響を及ぼす様な状況（急激な重力の変化や温度変化など）では、男よりも身体の耐久性が優れているようですが、腕力（筋力）は男の方が勝っているので、強いG（加速度）等を受けた際に動けるかは男の方が勝っているようです。
昔は女性と言うだけで「無理だ」とされていたジェット機のパイロットや宇宙飛行士も女性の適正が分かった今では総合的能力の判断で決められるように成り、世界中で女性パイロットが続々増えています。
オマケのオマケですが（余分かな？）不安定な体位・場所でＨをすると女性は興奮しやすくなると聞いたことがあります。・・・やはり女性は謎だらけですね・・・(><);

お礼

そうですねー、
　力は男、精神は実は女性なのかもしれません。
　ストレスに関しては女性のほうが強いのかもしれませんね。
　今はどんどん男性職といわれたところに女性の方の進出が著しいですが、言いえて妙なのかも、、、
　そのうち男の仕事場がなくなりそうですね＾＾
　おまけのおまけ＾＾
　なるほど、、、
　まー、人間心理をすべて理解するのは永遠にないのかもしれません。
　ましては異性間はね＾＾
　逆に人の心を読み取れない事が人生の楽しさに大いにプラスになってると僕は思いますけどね＾＾

補足

皆様ありがとうございました。
　勉強ってやっぱ楽しいなー、、、
　学生時代に戻りたくなりました。

回答No.6

BookerL

#1 です。補足です。

＞　であればなぜ衛星や宇宙船はずっと同じスピードで回っているのでしょうか？
＞　時間がたつ事に回転はどんどん速くなりませんか？

　宇宙船は同じスピードですが、同じ「速度」ではありません。

　えー、物理の授業を少し(^_^)

　「速さ＝スピード」と「速度」は別のものです。「速度」は運動する向きまで含んでいます。同じスピードでも、動く向きが変わっていれば加速度運動です。

　加速度は力によって生じますが、力が働いて加速度が生じれば必ずスピードがどんどん速くなるとは限りません。

　動く向きと同じ向きの力が働くときは、どんどん速くなります。地上で普通にものが落ちるときの運動がそれに当たります。
　逆に、動く向きと逆向きの力が働くと、速さはどんどん遅くなります。摩擦のある運動や、地上で真上に投げ上げられた物体の運動などがそれに当たります。

　そして、動く向きに垂直な力が働くと、速さは速くも遅くもならず、向きだけが変わります。等速円運動がそれに当たります。
　石ころにひもをつけて振り回すとき、ひもの引く力によって石ころが円運動しますね。ひもの引く力が働き続けているので円運動できるわけで、ひもが切れてひもの引く力がなくなれば、石ころはすっ飛んでいってしまいます。
　宇宙船（と、中の飛行士）は、地球の重力によって引っ張られながら円運動をしています。重力は宇宙船の動く向きと垂直（円の接線と半径は垂直）なので、宇宙船の速さは変わりませんが、重力によって加速度運動をしていることになります。
　重力以外の力は働きませんので、この円運動も自由落下の一種ということができます。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%94%B1%E8%90%BD%E4%B8%8B

お礼

ありがとうございます。
　過去に勉強したベクトルを思い出しました。
　そうでしたね。
　力F=maというものはあくまでも向きがあって、量の表記は絶対値を使ってました。
　すごく納得できる説明をいただきました。
　ありがとうございました。

回答No.5

noname#77472

無重力とは銀河系内にはほぼ存在が出来ないので
無重量状態と称するのが適切です。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%84%A1%E9%87%8D%E9%87%8F%E7%8A%B6%E6%85%8B

知っている。
これは常識だ。
調べる必要も無いだろう。

こう言う思考に捉われず、
まずその定義を調べると言う事が大切なのです。

＞だとしたら僕は悲しいながら宇宙へはいけないようです（笑

海水で浮くと考えても良いのではないでしょうか？
それ程苦痛にならない可能性もあります。

お礼

なるほどです。
　空間で物がたくさん存在する限り、微少重力なわけで実は無重力は存在しないのですよね。
　よくわかりました。

　実際どうなのでしょうね？
　海水で浮いたとしても重力は感じてるわけですから。
　波力も重力の影響だしまた違和感があるんでしょうね。
　コリオリとかそういう訓練でまたそういうのを鍛えるのかもしれませんが、、、
　死海なんかで浮いたらもっと感触がつかめるかもしれませんね＾＾

回答No.4

sanori

へいっ　まいどっ　　＾＾

＞＞＞
回転する無重力空間では地球に落ちていくのだけど引力の方向（力のかかる方向は常に地球の中心だから？）は常に変化している、なので落ち続けても永遠に地上に落ちないって事でしょうか？
かかっていく力が回転の方向ではないって事ですね。

そういうことです。
円軌道の場合は、進行方向と引力が働く方向とが垂直になっています。
円に１本の半径を引いたとき、円周と半径とが垂直になっているのと同じです。

＞＞＞
ただ一番さんの補足の事が理解できないのと、

上記の通り、加速度の方向（引力の方向）と進行方向が垂直なので、スピードに変化が生じません。

＞＞＞
あと例えば月にいくとしますよね。
月と地球の間って距離が違う毎に、月と地球の引力の微妙な駆け引きが変化していると思うんですが、アポロ宇宙船の中では変わらず無重力です。
あれはどういう現象なんでしょうか？
やはりどこかの重力との駆け引きで落ち続けているんでしょうか？
うーん、考えれば考えるほどわからない(;´▽｀A``

あなたがイメージされている「駆け引き」というのは、２体の距離が近いほど引力が大きくなり、遠くなるほど引力が小さくなる、ということですよね。
それは、その通りです。
地球と月の間に、そっと何かを置いたとき、それが地球と月のどちらに落ちようとするかの境界線は存在します。
そして、宇宙船は自ら推進力を発生させない限り、自由落下（公転も含む）をし続けますから、船内の人にとっては無重力と変わらない状況になります。

余談
さっきの回答で、ボールが速すぎると、円運動ではなく楕円運動になります。（太陽を回る彗星の軌道）
さらにもっと速くしていくと、太陽系に戻って来れなくなります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99%E9%80%9F%E5%BA%A6

お礼

ありがとうございます。
　すごくよくわかりました。
　どんな空間においても、物体がある限り万有引力は存在するわけでどこかしら引っ張られてるわけですよね。
　だからどんなところにおいてもいわば落ち続けているわけですね。
　例えば宇宙で厳密に宇宙で同じスピードで飛行するというのは何気に難しいのかもしれませんね。
　いたるところで万有引力が働いてるわけですもんね。
　解決しました。
　お付き合いいただき本当にありがとうございました＾＾

回答No.3

hula-girl

宇宙船は果てしなく落ち続けているとも言えます。（周回軌道時）
石を水平方向に投げると数メートル先で落ちますよね。もっと速く投げるともっと遠くで落ちますよね。それをもっともっと速く投げて水平線の先に落ちるようにすれば、石は地面に付かず永遠に落ち続ける事になります。
宇宙船（衛星）はその原理である程度の高速度で水平に飛ぼうとすると、地球の引力がそれに加わり、ちょうど周回軌道を回る様になります。大気圏外にいるのは空気の抵抗で速度が落ちて落下してしまうことを避けるためでもあります。
当然、引力圏外になれば速度が無くても無重力に成ります。
周回軌道に乗るための速度は中学？高校だったかな？の物理で教わることが出来ます。私にはかなり昔のことなので公式等は忘れてしまいましたが・・・。
宇宙船で閉ざされた空間ごと高速で移動するため、中の飛行士は速度を感じずに無重力状態になるのです。飛行機の自由落下状態での「無重力空間」はそれらを考えるとかなり近い状態と言えます。ただ数十秒しか維持できないのが難点ですがね。
余談ですが、ジェットコースターの様な体感重力が変化する物は、女性の方が強いらしいです。体質とか体の構造の違いなのですかね？男の方が苦手な人が多いようですよ。女性は「キャー」と叫びながらも喜んでいますしね。

補足

ありがとうございます。
　私も過去に勉強しました（恥ずかしながら社会人です(;´▽｀A``）
　第一速度、第二速度でしたっけね？
　ありがとうございました。
　すごくその現象は納得できたのですが、補足させていただいた現象が納得できないのです。
　女性のほうがスリリングなんでしょうかね？
　もともと女性は人生の一大イベントが多いので（出産とかですね）、もともと男性よりも強くできているとは聞きますね。

回答No.1

BookerL

＞宇宙船の動きも実は落ち続けているという事なのでしょうか？

　そういうことです。地球のまわりを回る宇宙船は、自由落下をしています。（自由落下＝重力のみを受ける運動）

　訓練用の飛行機では、自由落下の時間に限りがありますが、宇宙船はずっと自由落下の状態です。

＞よく絶叫コースターで自由落下に近い動きでふわっと感じる事がありますが（あれは大嫌いです(;´▽｀A``）、宇宙飛行士の皆さんってそれを四六時中体験しているって事なのですかね？

　私も宇宙船は体験したことはないですが、きっとそうなんだと思います。絶叫マシンで「FreeFall」というのは乗ったことがあります(^_^)

補足

早速ありがとうございました。
　やはりそうなのですね。
　ただ、それだと腑に落ちない部分があります。
　まず、自由落下ということは定常的に、加速度がかかっているという事ですよね。加速度がかかっているという事は、速度も変化するはず。
　であればなぜ衛星や宇宙船はずっと同じスピードで回っているのでしょうか？
　時間がたつ事に回転はどんどん速くなりませんか？