カウボーイの投げ縄と宇宙エレベータ

質問

火踊りのバトンに燈された火はなぜ回転の接線方向にたなびいているのだろう。

　宇宙（軌道）エレベータからカウンターウェイトをつけたテザー(カーボン繊維で作られた縄)をカウボーイの投げ縄のように振り回して宇宙の遠方へ地球と鉛直に伸ばすという説がある。わたしは到底できるとは思わない。きっと宇宙(軌道)エレベータでは２０人乗りかもっと大きい、遊園地の鎖ブランコのような振り回しでカウボーイの投げ縄のように振り回した竿の先からテザーが伸ばせると考えているのだろう。

　宇宙(軌道)エレベータができるかどうかを考える前にまず、身近なカウボーイの投げ縄、それに類する投げ縄状の回転例を考えてみたい。サモアの火踊りのバトンに燈された火はなぜ回転の接線方向にたなびいているのだろう。

　今回は、バトン末端に燈された二つの火が回転すると接線にたなびいているのはなぜかそれを教えて欲しい。
　火踊りのバトンを見れば、回転中心から距離が伸びた炎が見られず、決して回転中心から伸びた炎は作れない。接線にたなびく炎はなぜできるのだろうか。教えて下さい。

　たとえば振り回す姿と言えば、ポリネシアンショー・サモアの火踊りと、２０人乗り以上の、おおぜいの客をめいめいに、各々ぶら下げた遊園地の鎖ブランコ、カウボーイの投げ縄、ひとり縄跳びを事例として思い出す。

　カウボーイの投げ縄を回す時には、頭上で伸ばした腕を大きく回し、ほぼ水平に縄を振り回して遠くまで縄を回す。カウボーイの腕は縄の先端よりかなり先回りした角度を進み(前進位相)、縄は腕の後について回るが、地面に擦れることなくまわる。カウボーイの投げ縄は勢いをつけだんだんとロープを伸ばすその手順がないと、一気に長すぎるロープは地面を這い、手に引きずられ足元に巻きつく。
　手首の回転で縄を回すひとり縄跳びの縄でも、縄よりも手首の回転は前進位相をさせる。違いもある。でもカウボーイと違うやり方がある。
一人縄跳びでは大きく腕を伸ばして回しはじめ、すぐに腕を一気に折縮め手首だけの捻りにする。出だしの動作はカウボーイの投げ縄の徐々とは逆だ。逆の違いは縄を回すときの手順に段階があり、その段階で目立つ操作がどちらかを特徴づけて観察されているのだろう。たぶん本質は変わらないのだろう。

　投げ縄と縄跳びに共通する要素は動力を伝える前進位相だ。前進位相がないと振り回せない。が、勢いのつけ方をみれば、徐々と一気と要素は逆だ。前進位相は２０度から５度ほどの間だ。

　ところがサモアの火踊りを観察すると水平回転でも垂直回転でも炎は前進位相９０度を意味する接線方向にたなびいている。なんででしょう。教えて下さい。

　たぶん宇宙(軌道)エレベータでカウンターウェイトを振り回して宇宙(軌道)エレベータの形状を鉛直に長い構造に整えたいという構想は、振り回す姿でいえば遊園地の大型鎖ブランコのイメージが似ているのでしょう。

　遊園地のめいめいの客おおぜいを、其々にぶら下げたブランコは、回り出すとほとんど
前進位相の観察できない状況なのに、お客たちは高度を数メートル高く、振り回され、回転中心からの距離も増してブランコが回っていく。宇宙(軌道)エレベータでカウンターウェイトを振り回してテザーが伸ばせるという説を唱えるのはこの遊園地のブランコの姿を連想しているのだろう。

　どこに違いがあるのか。サモアの火の舞が接線になる理由が分かれば明確になるのだろう。できない事もはっきりするだろう。

回答No.3

cwdecoder

炎は風でなびきます。
無風状態なら、燃焼しているプラズマ状態の微粒子は、静止している空気に捕らわれて、バトンについていけません。
バトンの先端から見ると風が吹いているのと同じなので、（接線方向ではなく）バトンの軌跡を描いてたなびく・・・ということでは？

お礼

cwdecoder 様ご回答ありがとうございます。

新Q　＞「炎は風で・・・ということでは？」なるほどその通りではないでしょうか。たしかに燃焼しているプラズマ状態の微粒子はバトン回転からの遠心力で回転の径を増すような、炎端から振り出されるような運動をしていないようです。おっしゃるとおりに静止した空気に捕らわれたとしても、最初から速度がなかったように燃焼の微粒子の径はまったく増えたようすがありません。微粒子が運動していれば徐々に速度を下げおとし、周囲の空気に捕らわれるのではないでしょうか。
　徐々の減速でなく、最初から速度のない様子、したがって、全く燃焼微粒子は遠心力でバトン端から振り出されるような運動をしておらず、遠心力に振り出される力を受けていないのです。

　ところが宇宙(軌道)エレベータの構想を進めるグループたちは、衛星から糸を垂らすと、鉛直大遠方高度へと糸が遠心力で振り出されると考えています。
　バトンの炎を見れば、遠心力から振り出される成分がない、力がないと分かるのに、矛盾ですよね。
宇宙(軌道)エレベータ派はありもしないものをねだる、面倒な分からず屋の駄々っ子なんです。

回答No.2

SPROCKETER

炭素繊維やカーボンナノファイバーでは強度が足りないでしょう。ダイヤモンドぐらいの強度がなければ耐えられないぐらいの引張力がかかりますからね。

　宇宙エレベーターは地上と宇宙とを連携しなければ役に立たず、その途中の過程が無い技術ですが、実用価値があるのは、途中の過程が多い技術の方です。

　宇宙ロケットを考えてみればわかりますが、衛星軌道に乗らなくても、ロケットの打ち上げは続いていましたし、衛星軌道に乗るようになっても、低軌道、中軌道、高軌道、静止衛星軌道、月軌道、惑星軌道という具合に、投入軌道も変わっています。

　宇宙エレベーターも同じような過程があれば、実現可能な技術と評価されるでしょうが、完成するまで利用価値が無いのでは無理でしょうね。

お礼

ご回答ありがとうございます。火の踊りのバトン回しで、バトン端の炎がなぜ回転円周の接線方向にたなびくかが問いなので、そちらにお答えください。
　折角ですから、宇宙(軌道)エレベータの論理を遊びで有名な用具のイメージで端的に映像化してみましょう。あなたもけん玉で遊んだことがあるでしょう。けん玉で説明しましょう。
　たとえば、けん玉の柄を持って、糸で柄に止め繋いだ玉が、鉛直上方の静止軌道よりもさらに高度の高い方向へ、浮かび立つというのが宇宙(軌道)エレベータの論理です。

　これは地上でもあり得ず、宇宙ステーションでも見られず、どんなにスケールアップして糸を長くして太陽まで届いた糸でもあり得ない現象です。
　もちろん普通のけん玉から勝手に玉が高度を上げるような、果てには太陽に届くような現象もありません。普通のけん玉をスタートに、ありもしない力で長い距離に糸を繰り出す建築は不可能です。
　従って宇宙(軌道)エレベータの構想はまったくの恥ずかしい夢想です。
　有用技術を過程で生み出すことも叶わない、まったくの失敗になるようです。

回答No.1

mpascal

地球の大気は、ほぼ地球と同じ速度で回転しているから宇宙エレベーターが成り立つのでしょうね。

先端の宇宙には空気ないから。

お礼

ご回答ありがとうございます。火の踊りのバトン回しで、バトン端の炎がなぜ回転円周の接線方向にたなびくかが問いなので、そちらにお答えください。
　折角ですから、宇宙(軌道)エレベータの論理を遊びで有名な用具のイメージで端的に映像化してみましょう。あなたもけん玉で遊んだことがあるでしょう。けん玉で説明しましょう。
　たとえば、けん玉の柄を持って、糸で柄に止め繋いだ玉が、鉛直上方の静止軌道よりもさらに高度の高い方向へ、浮かび立つというのが宇宙(軌道)エレベータの論理です。

　これは地上でもあり得ず、宇宙ステーションでも見られず、どんなにスケールアップして糸を長くして太陽まで届いた糸でもあり得ない現象です。
　もちろん普通のけん玉から勝手に玉が高度を上げるような、果てには太陽に届くような現象もありません。普通のけん玉をスタートに、ありもしない力で長い距離に糸を繰り出す建築は不可能です。
　従って宇宙(軌道)エレベータの構想はまったくの恥ずかしい夢想です。