変速回転では推進力は発生しないの？

質問

先日、インターネットで検索していたら、ある科学者が別の科学者を批判している記事に出くわしました。その時は何気なく見ただけでしたが、後で疑問が湧いてきました。その記事を見返そうとしましたが見つからず、正確な文言ではありませんが以下のようになっていました。
錘を一方向には高速で、反対方向は低速で回転させると高速側に推進力が生まれると主張するエセ科学者がいるが、とんでもないことだ。低速側で減速させるとき、その反力が生じ、結果として同じ遠心力しかないので推進力は発生しない、と。
気になったので調べたら特許が申請されていて、そこには発生メカニズムに関する数式も示されており、信ぴょう性があるように感じました。
それに比べ、批判記事にはメカニズムも数式もなく、単に反力との文言で否定しているだけです。
しかしながら、実際に件の推進力を使ったものは見当たらず、批判側のほうが正しいように思えますが、説明不足で合点がいきません。
どなたか否定のメカニズムやそれを検証する数式を提示いただければ、と思います。

回答No.2

noname#175206 · ベストアンサー

数式は必要ないです。出すまでもないので。

　たぶん、こういうことでしょう？　考えやすいよう、以下がレールの上に乗っていることにしましょう。

　　　　　　　回転中心
低速↑（●――◎――●）↓高速　→こちらに進む？

　剛体の軸に重りを付けて、振り回していると考えてください。
　違いを示すため、両方に描いていますが、単純化のために片方だけのものを振り回すとします（「◎――●」を回している）。

　一方の側で高速、その反対側で低速にすれば、遠心力（向心力）に偏りができるので、進むはず、というものでしょうね。

　そうするために、これが90度回転したときに加速や減速をしなければなりません。

減速　　　　　　加速
　　　　　　　回転方向→
　　◎　　　　　●
　　｜　　　　　｜
力→｜　　　力→｜
　　｜　　　　　｜
　　●　　　　　◎
　　←回転方向　

　ちょっとずれて見えるかもしれませんが、ご容赦を。

　おそらく「進める」とする原文では、回転軸でねじる力だけで誤魔化してあるんだとは思いますが、そうではないです。必ず、回転軸から有限の距離がなければ角速度を変えられない、つまり角加速度は与えられません。

　それは上図で示すように並進方向への力となります。これは遠心力の偏りによる力をキャンセルする力となります。

　では、どうして数式で示さなくていいか。「内力」だからです。力学において、外力なしに内力だけで加速し、最終的にその速度を維持することはできません。途中では速度変化がありますが、結局は重心は移動しません。

P.S.

　回転についてですと、向きを変えることはできます。回転いすに座り、腕を伸ばして水平に振り、素早く腕を縮めます。上手くやれれば向きが変わります。ただし向きが変わるだけで、動作終了時に角速度変化は得られませんが。

お礼

お二人の方に回答いただき、ありがとうございます。
Willytさんの場合、推進力が発生すると読めるのですが、読み誤りですか？
cozycube1さんの場合は軸中心に回転している錘を加速しても減速しても中心には何らの力が加わらない、回転軸は推進させようとする母体そのものであり結局、錘を加減速して回転させても推進力は生まれない、と読みました。
で、結局、質問の批判者の弁は誤りだけれど、その方法で推進力を得ることはできない点は批判者のいうう通りだと理解して、よろしいんでしょうか？
まことに、呑み込みが悪くて申し訳ありません。

回答No.6

noname#175206

お礼、ありがとうございます。#4です。

　進まない遠心力推進装置を、もうちょっと単純化しておきましょう。

　流体（水銀としておきましょうか）を満たしたパイプを円形にして、その◎をさらに半円になるように、ぐにゃりと曲げます。横から見ると「⊂」のような具合です。

　パイプの中にはスクリューがあって、水銀を循環させるとします。上部の半円状パイプ部分も、下部の半円状パイプも遠心力は、「⊂→」の方向を向いています。

　しかし、折り曲げた部分で水銀が「←⊂」の方向に力を与えます。運動量が変化するからですね。

　これはピクリとも動きません。そこで、がたがた振動するようにして、床との摩擦を上手く調整すれば、進ませることができたりします。遠心力じゃなくてもよさそうです。

　よく誤解されるのがヨットでしょうか。向かい風に真っ直ぐではないですが、全体として風上に向かうことができます。これは、海の水の抵抗を利用して運動を拘束するからですね。

　もっと単純なのがクロスカントリースキーですね。スキー板の裏が後退方向だけに抵抗があるようになっていて、前へすすめるようになっています。

　内力と外力では、自動車でしょうか。エンジンから路面に伝わる力、同じくブレーキの力は外力です。

「高周波振動推進」をちょっとググってきました。「重力波」なんて出てきますけど、その重力波は流体力学での用語で、未発見の重力由来の波とは別物ですね。研究だけあって、必ず成功するかどうかは分かりませんが、どうやらおかしな研究ではないようです。

　詳細が未解明の現象もあります。ボルトとナットを縦にして、うまく振動させるとナットが回って上昇します（必ずしも再現性はない）。どうして下がらずに昇るのかは、よく分かっていません。分からなくても、経験的に「外れないネジは木槌で引っ叩け」ということで、実用で使われてはいます。

お礼

面白い、お話をありがとうございました。
未解明な事象って、探せばいろいろありそうですね。
意外とそんな、訳の分からない事象が実用化されているケースもあるんですね。

ネジの話で、以前、何かの本で「振動回転プロペラというおもちゃ」が紹介されていたことを思い出しました。棒の先に回転できるようにプロペラがつけてあり、棒にはギザギザがつけてある構造です。このギザギザ部分を別の棒で擦るとプロペラが回りだすいうものです。ご紹介いただいたような方向性がつけてあるものではないのですが動き出すところが面白いなと感じました。

回答No.5

reflector

振動推進ですか。
紙相撲などが有名な玩具ですね。

斜毛付き回転円筒体を用いた振動推進装置の開発
http://www.kosen-k.go.jp/chizai/jirei/robot-011.pdf

お礼

＃４さん、ありがとうございます。
確かに云えますね。
ハヤブサはイオンロケットが故障して一時は期間不能に見えたらしいですね、彼の方の考えで可能なら構造は簡単だから故障もしにくかったので、あのようなドラマは生まれなかったかもしれません。

＃５さん、新しい情報をありがとうございます。
この情報のおかげで東海大学の寺尾三という方の発表の「高周波振動推進」という記事に行き当たりました。とてもユニークな推進法を紹介していました。物理学的に不可能な発想をして、それが実現できたかの如くに発表すると、今回のようにたたかれるのでしょうが、これがキッカケになり新しい発想が生まれるような気がしました。

回答いただいたみなさんには、貴重な情報をいただき感謝に堪えません。
関連する新しい情報をご存知の方があれば、加えて教えていただければ幸いです。

回答No.4

noname#175206

お礼、ありがとうございます。補足、承りました。#3他です。

　なるほど、それでしたか。前野昌弘さんという方の説明は正しいです。一切の間違いは見つけられません。

>速度を変える時の反作用の力がちょうど逆を向いているので、実際はこの力は消し合ってしまい、推力は発生しない

というのが、私がここで申し上げた説明を簡潔に述べています。

　もし、そういう内力で推進できるなら、はやぶさはイオンエンジンを使わなくて済んだんですね。太陽電池でモーター回していれば進んだはずです。それに気づかない程、はやぶさの技術者は間抜けではありません。できないのです。

P.S.

　ずいぶん以前（ネット前のパソ通時代）、その木下清宣さんという方と同様の主張をする人が、ある物理学系の掲示板（フォーラムと呼んでいました）に現れました。

　ちょっと違うものでしたが、要は一見非対称に見える回転の内力で推進という点では同じでしたね。その人の主張は誰も聞いてはいませんでしたが、進む物は作れるので、摩擦の変化や、地面に描く軌跡とか、ちょっと考察で盛り上がった覚えがあります。

　ただ、もう詳細は覚えていません。所詮はその場の遊びでしたので。

回答No.3

noname#175206

お礼、ありがとうございます。#2です。

>批判者の弁は誤りだけれど、その方法で推進力を得ることはできない点は批判者のいうう通りだと理解して、よろしいんでしょうか？

　それは、元の批判文章を読んで見ないと分かりません。

>低速側で減速させるとき、その反力が生じ、結果として同じ遠心力しかないので推進力は発生しない

というのが、どういう文脈かによります。

　結果として、その場でがたがたと細かく行き来することはあっても、全体として重心の並進運動は発生しない、という結果では正しいとしても、そこに至る説明が間違っているかもしれません。そうかどうかは、やはり原文を細かく読むしかありません。

お礼

再度のご連絡ありがとうございます。
ご指摘の原文が、探してみたのですが現時点では見つかっていません。
もう少し、探してみようと思います。
見つかれば報告させていただきます。

補足

探したら、ようやく見つかりました。以下にその原文の問題個所を貼り付けます。
なお、これは前野昌弘という人が木下清宣という人に対して批判した記事でした。
引用：
　一つは、上にも書いた推進力のでるオモリの非対称な回転を使う方法。もう一つは深海底比重差発電。
　まずこのおっさん、オモリの回転速度を途中で変えることにより、遠心力がかわるから、推進力が得ら　れる、と信じている。半周を早く動かし、半周を遅く動かせば、早く動いた時の方が遠心力が大きいか　ら、その方向へひっぱられる、という訳だ。しかし、速度を変える時の反作用の力がちょうど逆を向い　ているので、実際はこの力は消し合ってしまい、推力は発生しない（当然だ）。推力が発生するように　見えたとしたら、それはその機械と床との摩擦の問題だと思う（もっとも、秤にのせておくと重さが消　える、とある。いやはや、すごい実験である。

これをご覧になって、何かコメントを頂ければと思います。

回答No.1

Willyt

これは反作用に対する誤った認識によるとんでもない主張です。もっと簡単な例で説明します。機関車は客車と引っ張ろうとすると、その客車は列車に同じ大きさの反作用を機関車に及ぼすから、これが釣り合って客車は永久に動かないというものです。
これは対象を客車に限れば作用しているのは機関車からの牽引力だけで動き出したます。『低速側で減速させるとき、その反力が生じ、結果として同じ遠心力しかない』という記述で出て来る力が何に作用するのかをよく考えて見て下さい。機関車の例と全く同じであることが分るでしょう。