重力の供給源は？

質問

手元にある物（なんでもいい）を持ち上げ、手を離すと重力に引かれＧの加速度で落下していきます。
　物に加速度を与えるには、エネルギーが必要です。
　仮に世界中の人が同じように物を持ち上げ手を離すことを何度も繰り返えせば、エネルギー保存の法則により、重力が消費され、いずれ落ちなくなると思うんです。
　しかし、実際にはそんな現象は起こりそうにありません。重力を生み出すエネルギーはどこから地球に供給（又は発生）されてるのでしょうか。
　磁石もまた同じように思えるのですがなぜでしょうか？

回答No.6

pancho · ベストアンサー

＜距離と質量により決まるのであれば、質量の大きいものほど、早く落下すると思うのですが＞
質問の内容から大学生以上の方だと想像していたのですが、違いますか？　上記の疑問は、物理の最初のほうで必ず疑問に思う人がいて、これまた必ず解決している筈の問題なのですが...。

数式で説明すると理解しづらいと思うので、概念だけお話しますが、
　・重力は互いの質量に比例します
　・物体の速度は、その物に働く力（の積）に比例しますが、同時に（慣性）質量に反比例します

つまり、物体の質量が増えると物体に働く重力が大きくなりますが、動きづらさも同様に大きくなるのです。
質量が２倍になると働く重力が２倍になり、動きづらさも２倍になるため、互いに相殺し結局同じ速度（実際は加速度）になります。

以上。

補足

何度もご回答いただき大変ありがとうございます。
　ご指摘のように大学生以上でした。（かなり昔のことで、物理（科学系含む）は、あまり学んでいなかったものですから）
　慣性質量の影響により同じ速度で落下することはお陰様で理解できましたので、重力という力が発生する（している）原理もやさしく教えていただけませんでしょうか？何度もすいません。

回答No.8

altctrldel

>仮に世界中の人が同じように物を持ち上げ手を離すことを何度も繰り返えせば、エネルギー保存の法則により、重力が消費され、いずれ落ちなくなると思うんです。

エネルギーは保存されて、総エネルギーは常に一定
というのがエネルギー保存の法則です。
人が物を持ち上げ手を離すことを何度も繰り返えせば
体内でグリコーゲン？が分解されて熱が発生します。
その熱エネルギーと重力によるポテンシャルエネルギー
と運動エネルギーの合計は一定です。

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.7

hagiwara_m

（No.5の方のご指摘でお答えは出ていますが）力学など教えている者の立場から少しアドバイスさせて頂きます。

エネルギーというのは、貯めておいたり、受け渡したりできる実体的存在量です。

力というのは、系から系へのエネルギー移動の１形態である「力学的仕事」を表現するための人工的なパラメーターと言えます。

したがって、力は（エネルギーのように）消費されるという性格を持ちません。「貯まったものが消費される」というイメージを当てはめたければ、エネルギーで考えねばなりません。

ご質問の出来事をエネルギーで考えてみます。

物体が地上から適当な高さにあるとき、物体と地球から成る系は重力のポテンシャルエネルギー U を持ちます（初期状態を U0 とする）。
物体が落下すると、このポテンシャルエネルギーが減り、その分だけ物体の運動エネルギー K が増えます。しかし、全エネルギー U+K は U0に等しく保たれています。
物体が地表にぶつかったときに、U0 は熱等のエネルギーに（不可逆的に）転換します。
この物体を再び元の高さまで持ち上げるとき、そのための動力源の燃料の化学エネルギー等が U0 分だけ消費され、その分 重力のポテンシャルエネルギーが U0 に回復します。

以上のプロセスの結果、燃料のエネルギーが熱等に転換されただけだということが分かります。そこで、これを何度も繰り返せば、地球上で、どんどん燃料が失われて熱エネルギーが増えます（要するに我々人類が日々やっていることですね）。

以上で、重力が変化する理由は何もありません。ただし、地球上で手に入る燃料が無くなるまで続ければ、物体を持ち上げることが出来なくなりますから、物体が落ちるという現象を見ることも出来なくなります。

なお、力と仕事の関係については、以下の質問に回答したことがあります。（対象は違いますが）参考になるかと思います。
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=316079

補足

沢山ご回答いただき、失礼とは思いますが、この場を借りて、皆様に御礼申し上げます。
　皆様のご回答により大体は理解できるようになりましたが、なぜ物質同士が引き合う力（いわゆる引力ですね）を発生するのか、どうしてもわからないのです（クーロン力ではないですよね。クーロン力も正しく理解してませんが）。もう一度学生に戻った気で、自分でも勉強してみます。
　本当に皆様ありがとうございました。

回答No.5

pancho

２つの点において勘違いされている様です。

１）重力は力であってエネルギーではない。
（重力エネルギーという言葉が紛らわしくしているだけ）
正確には、こう言い切るには問題があるのですが、質問者の理解している範囲としては、こう考えた方が良いでしょう。
磁石（磁場）の場合も磁力が働きますが、磁力エネルギーという言い方はしませんし、電荷（電場）でも同じです。
この力は物体間の「距離」と「質量」によって決まり、物を持ち上げたり落としたりしても、距離の変化に応じて力も変化するだけで、もとの位置関係になれば同じ力が働きます。

２）物の上下は重力エネルギーが源泉ではない。
物を持ち上げるときに使われるエネルギーは、重力から得ている訳ではなく、熱機関であったり、電気モータであったり、人間自身（生体エネルギー？）であったりします。決して重力からエネルギーを引き出しているわけではありません。
また、落としたときに熱エネルギーなどに変化したとしても、重力がそのエネルギーを得たり喪失する訳では有りません。以前と同様に「距離」「質量」で決まる値のままです。

以上。

補足

ご回答ありがとうございます。
　私の理解力が不足しているため、力とエネルギーの具体的違いがよく理解できません。
　力はエネルギーが無くても発生するのでしょうか？
　又、距離と質量により決まるのであれば、質量の大きいものほど、早く落下すると思うのですが（地球の質量に比べてあまりにも小さいから測定できないだけなんでしょうか）。磁石なら軽い物ほど勢いよく引き付きますが、この辺をもう少しわかりやすくご説明いただけるとありがたいです。

回答No.4

kounotori3

重力とは地球の中心部に引き込む引力と、地球の自転から起こる遠心力との合成値でしょう
　重力を受けている物体を持ち上げることが位置エネルギ
であります
　質量 m の物体を高さ h に引き上げる仕事量は
　W＝mgh　ｇ＝加速度
エネルギーには運動エネルギー、位置エネルギー、熱エネルギー、電気エネルギー等に転換出来その総和は一定です　この物体を落とした場合、持ち上げた物体の位置エネルギー h が元の状態に返ったのだから、エネルギーは形を
換えて放出さます
　従ってW=mghの h が変化しただけでmgの変化はありません

補足

ご回答ありがとうございます。
　総和が一定だからこそ、それぞれのエネルギーに変換された分だけ重力が減少すると思うのですが。
　物を落として地面にぶつかると一部熱エネルギーになりますが、地球がその変換された熱エネルギーにより熱くなれば（宇宙への放出はないものとして）、熱くなるほど重力が減少しないと総和が一定にならなくなると思うのですが？

回答No.3

100Gold

新しめの宇宙論で超弦理論というのがありますが、宇宙は11次元だそうです。

この11次元の中に重力と磁力や核力なんてのも含まれています。うろ覚えですが、ビッグバンの力が供給源だったはずです。

地球に供給されているのではなくて宇宙の大爆発の残りカスみたいなものだと思います。

補足

ご回答ありがとうございます。
　＞宇宙の大爆発の残りカスみたいなもの
　この辺をもう少しわかりやすくご説明いただけないでしょうか。

回答No.2

dokodon

まずは重力から
　重力は物の質量で強さが決まります。
物と物が引かれ合う力は全ての物質にあり、その質量が大きく重いほど大きくなります。
地球はとても質量が大きく重いため引く力がその分強く、地球上のあらゆる物体は１Ｇの力で地表に引かれています。
地球に質量がある限り重力がありますので、消費されて無くなるエネルギーではありません。
供給源としては地球上の一つ一つの原子の引き合う力の総合力といったところです。
原子が壊れてまったくなくならない限り、重力は存在します。
逆に太陽のような星が終焉を迎えると、星はどんどん質量が増えて重力が増して行くそうです。
そうすると太陽の何倍もあるような大きな星では最後にはブックホールになると言われています。
星の重力は爆発してこなごなになればなくなりますが、逆にブラックホールのようにどんどん増加する場合もあるということですね。

磁石について
　磁石は何も付けないで放って置くと磁力が弱くなると聴いたことがあります。
理科の先生の話でしたが、理科の実験用の磁石は磁力を維持するため、鉄の板を常に付けています。
その状態が安定している状態のようです。

鉄を引き剥がすと引き剥がされるのに使われたエネルギーが磁石に移ります。
そして、また鉄をつけると剥がされた時に使われたエネルギーは消費されますが、磁力そのものを消費したのではないので、エネルギー保存の法則は成り立ちます。
鉄が磁石についているのは磁力であって、磁石の持つ特性ですので、鉄がついている状態がエネルギーを消費していっているわけではありません。
逆に安定している状態だとその先生には教えてもらいました。

補足

ご回答ありがとうございます。
　＞物と物が引かれ合う力は全ての物質にあり・・
それがどこから生まれ又減少しないのかということになるのですが・・・
　＞鉄を引き剥がすと引き剥がされるのに使われたエネルギーが磁石に移ります
　鉄に磁石を近づける。鉄は引き寄せられ徐々に加速する。パチっと磁石に付く前に離してもエネルギーは磁石に移るんでしょうか？

回答No.1

north073

素人ですが、
>手元にある物（なんでもいい）を持ち上げ
の時点で、「持ち上げ」る運動エネルギーが、位置エネルギーとして持ち上げられた物体に移っているのでは？　と思いますが。

補足

早速のご回答ありがとうございます。
持ち上げられた物体にエネルギーが移ったならば、その分重力は減少しますよね。物を落として地表にぶつかれば、一部は物を変形させたり、熱エネルギーとなって、これも重量を消費します。でも重力Ｇは減少せず変化しないです。どうしてでしょう？