✨ ベストアンサー ✨
_イメージとしては、国際宇宙ステーションの中での宇宙飛行士が無重量状態である様な状態になるからです。宇宙飛行士はふらふら浮かんでますよね。
_さて、ある物体に働いている全部の力が釣り合っている時、物体は停止していれば停止を続け、動いていれば、等速直線運動を続ける、と言う「慣性」と言うものを習いましたよね。
_従って、底板と重りとは、A=Bとなった瞬間に等速直線運動を始めるのです。どんなにゆっくり筒を引き上げても、人間では速度一定で引き上げることはできませんので、離れてしまうのです。
_もし、大きくなった瞬間に離れるのであれば、宇宙飛行士は、国際宇宙ステーションの中でもなんとか歩けるはずです。でも、ふらふら浮いていますよね。国際宇宙ステーションの中で安定するためには、フックやら、ベロクロ(≒布製のマジックテープ)やら、空気減圧やら、磁力やらを使っています。
_ずっと、国際宇宙ステーションでは、力の釣り合った状態がずっと続いていますが、宇宙飛行士は、国際宇宙ステーションの床を、道具か、機械か、を使わないと歩けません。離れてしまいます。
_国際宇宙ステーションの場合は、ちょっと違います。
_どこから観測するか?によって違って来ます。
_国際宇宙ステーションの中の人が観測すると、地球と(正確には、地球・太陽・月等全体としての重力)との間の重力と、見かけの力である遠心力と、が、釣り合って国際宇宙ステーションは停止しています。
_国際宇宙ステーションの中の人にとっては、地球やら月やらが動いているのです。
_一方、例えば地球上にいる我々から、国際宇宙ステーションを観測すると、
_国際宇宙ステーションには、地球と(正確には、地球・太陽・月等全体としての重力)との間の重力しか掛かっていません。力は釣り合っていません。そして、この力を向心力として、等速円運動をしています。
_もう少し詳しく言うと、国際宇宙ステーションの中の人からみると、見かけの力によって無重量状態になります。
_しかし、地球上の我々から見たら、国際宇宙ステーション程度の高度では国際宇宙ステーションは無重力状態ではないのです。重力の大きさは、大雑把に言って地球上の5/6か6/7か、程度の大きさの筈です。(正確な国際宇宙ステーションの重力の大きさは自分で調べるか、計算するか、して下さい。)無重力状態なのは、国際宇宙ステーションが運動を続ける事によって発生する見かけの力に依るのであって、中の人にしか感じられません。
_無重量状態と、無重力状態と、を使い分けていることに気を付けて下さい。
_日常的な会話をする時には、区別する必要はありませんが、科学的な議論をする時には、区別した方が良いと思います。これは私の意見です。また、それなりの割合のJAXAの人もそう思っています。
_問題に当て嵌(は)めると、もも さんは、ビーカーの外から観測する視点で考えたら、少し違和感があったのです。底板の上に乗っている視点で問題を考えればよかったのです。
_逆に言うと、底板が水から押し返される力は、見かけの力なので、ビーカーの外からの観測者には本来は分からない力なのです。実物には矢印なんか描いてないですよね。説明図に、説明の、ために付けただけです。見かけの力は、底板の上に乗っている、と考えることで、感じられる(説明することのできる)力なのです。
いろいろ説明してくださりありがとうございます!!少し難しくて合っているかはわからないのですが、つまり力が等しくなれば慣性がはたらき、そこにとどまろうとするからビーカーから離れるということでしょうか??
_停止しているのは、宇宙ステーションの中の人の目線です。
_底板の上に乗っている人の目線だと、A=Bとなった瞬間に等速直線運動になります。
_筒を動かすのは、人間ですので極僅かに動かす速度が変化します。
_A=Bとなる直前の速度と、A=Bとなった瞬間の速度と、が僅かな差もなく全く同じでない場合には、底板の上の人の目線からみると、筒が少し遅れて底板に当たったり、筒が少し速くなって離れて行ったりするのです。筒が当たったら、底で僅かな時間、作用・反作用があったりします。また、問題にはよく摩擦は無視できるものとする、と書かれていますが、実際には、抗力・摩擦力などが働いて水の流れができるので、仮に全く同じ速度で筒を動かすことができたとしても、現実世界では、他の要因もあり離れてしまうのです。
_それに、これはニュートン力学で考えているから、停止している場合と、等速直線運動している場合と、で場合分けしていますが、アインシュタインの相対性理論では、停止している事と等速直線運動している事とは、全く同じ状態なのです。
【ひとりごと 思考実験】
_力の釣り合いで無重量状態が発生することは事実。
_もも さんには、等速直線運動では瞬間にしか力の釣り合いが生じない、と言ったが、正しかったのだろうか?
_自分が、等速直線運動の無重力状態を発生するにはどうしたら良いのだろう。
_宇宙空間(衛星軌道上)ではなく、対流圏で実現するには、どうしたらいいのだろう。航空機を使う。
_中の乗客が、力の釣り合いの状態にある、と言う事は、どう言うことなのだろうか。
_人には重力により発生する力が掛かっている。通常は航空機の床が作用・反作用の力で押し返している。無重量状態で重力により発生する力の、大きさが同じで向きが逆な力が必要になる。どうやって作り出すのか。航空機ではなく、中の人に掛かる力が釣り合った状態で人を打ち出し、床から足が離れれば良い。人が床に足を付けた状態では、航空機が等速直線運動(水平直線飛行)してある状態では、重力により発生する力は作用・反作用と釣り合っている。打人を打ち出した瞬間に釣り合うためには、更に同じ大きさの力が必要。2gの大きさの力で人を打ち出せば、足が離れた瞬間に重力により発生する力と(航空機ではなく)人に発生する慣性による力が釣り合う。2gによる飛行とは何か?等加速度運動となる。加速しながらの急上昇となる。ズーム上昇だ。人を打ち出す瞬間とは何か?機首下げ飛行となる、その瞬間は降下となる。航空機の乱気流事故でもそうだ。すると、人は足が離れた後は斜め下向きの等速直線運動となる。その後、航空機も概ね同じ向きに斜め下向きに等速直線運動で降下すれば無重量状態の完成だ。その後、足が床に接触しても無重量状態は完成する。
_そうか、上昇の時は加速度運動だったけれども、降下の時は、速度一定でいいんだ。
_私は、今まで単純に航空機が自由落下をすれば無重量状態になる、と思い込んでいた。そう言えば、航空機の乱気流事故で宇宙遊泳を経験した、と言う話を聞かない。乱気流事故で人は浮いたのではない。あれは打ち出されたのだ。乱気流事故で、死亡事故も発生しているが、無重量状態になった後、航空機が急に運動方向を変えたから強い衝撃力が発生したのではない。その様な急激な運動方向の変化をしたら、戦闘機は兎も角、旅客機は荷重限界を超え空中分解する。富士山の近くで起きたコメット(旅客機の種類名)空中分解事故
【続く】
(つづく)
空中分解事故(昔、その様な事故があった)となる。
_ざっくり、2gで加速上昇し、一定速度で降下。これで、等速直線運動で力の釣り合いが完成だ。また、無重量状態が数十秒続くので観測もできる。
_宇宙飛行士などの航空機による無重量状態訓練とかを調べたが、あまり詳しくは載っていない。しかし、上昇時には2g、とかの記載がある。放物線飛行と名前がついているが、降下時は、大きな加速は行われない。そうでないと、(戦闘機ほ兎も角)旅客機では機首の引き起こし時に空中分解する。また、自由落下は1gの運動だ。0gではない。自由落下では無重量状態にならない。
とてもわかりやすかったです!!ありがとうございます!!!
_もも さんは、中学でもう合理的思考力が出来ているのですね。すごいです。
_正直、伝えても、理解して貰えない、と思ったから、ひとりごと、と書いたのです。
_わたしも、自由落下しても無重量状態にならないことが確認出来て良かったです。
_そんな訳で、A=B のとき、底板の目線では無重量状態になり、離れるのです、
ひとりごとの部分を完全に理解できてるかというと自信があるわけではありませんが、、笑
学校では聞けないようないろいろと貴重なお話をしていただいてとてもわかりやすかったです!ありがとうございます🙇♀️
宇宙ステーションの宇宙飛行士が浮いているときは力が釣り合っていて等速直線運動をしているということですか??