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締切り済みの質問

宇宙シャボン玉の原液形状と宇宙エレベータの成否

 シャボン玉の原液が瓶からこぼれて、そのまま宇宙船ISS内で遊泳したらどのような形状になるのでしょうか。揺れ動き、ゆれ弾む球となるだろうとおもいます。実際はどうだったでしょうか教えてください。
 そしてその現象が宇宙(軌道)エレベータ構想に関係するか教えてください。現象が宇宙(軌道)エレベータの建設と運営の根幹に応用される潮汐力とのかかわりについてあなたの考えを教えてください。
 宇宙(軌道)エレベータは成功するか失敗するかお考えを教えてください。

 山崎・古川両名の宇宙飛行士さんが宇宙ステーションISSの実験でシャボン玉を膨らませ、地上と違って宇宙では均一なシャボン膜ができ、着色や膜厚が均一で、薄い膜の弱い部分が生じにくく、膜の破れる要因がないために寿命の長いシャボンだまができたそうです。
 みるとシャボン玉の形状はほぼまん丸のゆれ弾む球となっていました。
 宇宙にも重力が地球から届いていますので、シャボン玉の寿命や膜の均一均質性に影響しそうですが、次の理由で地上とは異なり、膜質の悪化がないそうです。
 宇宙ステーションISSの物体では周回軌道接線方向の速度から生まれた遠心力があり、その遠心力と釣り合う向心力を重力が果たす。このときには重心を1つの作用点にひとくみの向心力と遠心力が同じ大きさで、鉛直線上に反対向きに働くので力同士がつり合う。釣り合うので重心は移動運動しない。遠心向心の一対の力2つは作用点がひとつなので、物体にかかった向心力と遠心力が原因の回転運動は発生しない。

 このため膜液が鉛直下方に集中する地上と異なり、ISS内では膜液の厚みや膜質が均一なシャボンだまになるそうです。


 ではシャボン玉の原液が瓶からこぼれて、そのままISS内を遊泳したらどのような形状になるのでしょうか。その観察について確たる報告はないようです。
原液はシャボン玉の挙動とおなじく揺れ動き、ゆれ弾む球となるだろうとおもいます。実際はどうだったでしょうか教えてください。


 そしてこの現象が宇宙(軌道)エレベータの成否を握るように私は考えます。
 宇宙(軌道)エレベータ構想の、成功、または失敗について、あなたの予想と、あなたの考える根拠となる原理を教えてください。

 原液の球はなにかの動きに押されてシャボン玉と同じように揺れ動き弾みますが、待っていればそのうち静止します。そのときの原液のしずくの形状は楕円体でしょうか、それとも球でしょうか。私は球だと予想します。実際はどうでしょう教えてください。

 もし原液の形状が楕円体となるなら、宇宙(軌道)エレベータは成功するでしょう。

 これを考えて私は宇宙(軌道)エレベータの失敗を予想しています。
 宇宙(軌道)エレベータが成功するなら原液は楕円体となるだけではなく、水あめや、蜂蜜が垂れ流れる形状と同じに、原液は連続して鉛直に垂れ流れてゆくはずです。
 だから原液が球体形状なら宇宙(軌道)エレベータは失敗すると考えます。わたしは宇宙(軌道)エレベータ構想を失敗と考えます。

 詳しくいうと、宇宙(軌道)エレベータ建設推進派は潮汐力を建設と運用に応用するそうです。
 もし潮汐力が建設や荷役などの運用に応用できるなら、その潮汐力はISSでも原液や石鹸液を蜂蜜が垂れ流れるように、連続して鉛直に垂れ流れさせるだろうから失敗と考えるのです。
 潮汐力は物理の原理なのでいかなる場合にも同一に働き同じ現象をあらわします。
 しかし、その原理はこのような宇宙(軌道)エレベータに応用できるでしょうか。
 適用を宇宙(軌道)エレベータ建設推進派はまちがえているようです。

 潮汐力は一塊の物体において形状をひずませ、物体の元の形状が球体なら楕円体にひずませます。たとえば地球の潮汐現象は月と地球と太陽の引力によるそのなか2つを選ぶ1対の組が起こす、楕円体への変形です。
 潮汐力の変形力は物体の界面(表面、地平面、海面)に作用点をもち、重心を含む同一線上に同じ大きさで、向きの異なる一対の力を生じます。
 したがって一対の力から回転もせず、界面の作用点は移動も連結もできず、ほかの物体に力を移動することはありません。
 でも潮汐力においては力の大きさは対の2個の塊の辺長や径という長さのスケールが大きいほど、大きくなります。
  宇宙(軌道)エレベータは辺長や径の数十メートルから数百メートルの形状の地上基地と、静止衛星と、カウンターウェイトの3体からできた構造です。
3体はそれぞれテザーという縄でむすばれます。テザーの長さは数100kmから数万kmになるそうです。
この数万kmというスケールが潮汐力の大きさになると宇宙(軌道)エレベータ建設推進派は考えているようです。

 できません。次の場面を想像し考えてみてください。縄なら先端のフックと物体に用意した耳輪間を引っ掛けて結ぶこともできるでしょう。縄の取り付けはワンタッチです。
 宇宙(軌道)エレベータの3体を結ぶ瞬間、縄の取り付け前になかった力が、縄の取り付け後その瞬間から生まれるでしょうか。結ぶ前にはそれぞれ1体ごとにそれぞれが一定の潮汐力で一定にひずんでいるでしょう。3体を縄で結んだ後、突然それぞれの潮汐力は変化するでしょうか。
 宇宙(軌道)エレベータの3体はどれも推進エンジンを持っていません。3体はどれも地球の周回軌道上にあるのですが、3体がそれぞれ別個の慣性運動をしているとすれば、結んだ瞬間衝撃を発生します。でも衝撃が収まったあとは3体合成の慣性運動をします。地上の物体がそうであるように3体別個の潮汐現象は結合前もあとも同一に変わるものではないでしょう。時間がたつと形状は新体操で振るリボンのように、宇宙(軌道)エレベータは地球に巻きついていくでしょう。


 

投稿日時 - 2016-11-25 11:56:13

QNo.9260044

困ってます

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回答(3)

ANo.3

無重力中の表面張力のある液体は、
 分子摩擦で揺れ動きはとまります。
液体の内側に気体がある場合は、
 空調機などによるカルマン渦の影響を受け振動するでしょう。
  それを見て思考実験するのは狭い知見かと。

宇宙エレベータは、テロに弱く被害が数兆円となります。
 太陽系外に飛んで行ける遠心力で運用するので、
  非常脱出や救助は全く不能です。

推敲しましょうよ。

投稿日時 - 2016-11-26 13:57:41

お礼

ごかいとうありがとう
わたしは質問に述べたように宇宙(軌道)エレベータの反対者です。誤解、早飲み込みの無いよう回答者にはお願いします。

回答者>「・・ 分子摩擦で揺れ動きはとまります。」

私>私も分子摩擦で揺れ動きは止まると思い予想をかいています。したがって争点となる対抗の論点ではありません。質問の理解をしっかりお願いします。

回答者>「 液体の内側に気体がある場合は、・・」

私>物理学や流体工学に精通し「カルマン渦」をご存じなのはご立派です。しかし質問ではシャボン玉の原液の遊泳と条件をことわっているので、 液体の内側に気体が存在しない設定です。ご回答の論点が質問にそぐいません。

回答者>「 せっかくそれを見て思考実験するのは狭い知見かと。」
わたし>ご回答の論点が質問にそぐいません。
 

回答者> 「宇宙エレベータは、テロに弱く被害が数兆円となります。太陽系外に飛んで行ける遠心力で運用するので、非常脱出や救助は全く不能です」

私>宇宙(軌道)エレベータはできあがらない不可能な建設物です。でももしできあがった時には全くおっしゃる通りテロや破壊に弱く非常時の救命が救出が不可能です。

回答者>「 推敲しましょうよ。」
わたし>いい加減な回答には辟易です。回答は推敲してください。回答の前に読解を数回繰り返しもう一度確認してください。

 潮汐力は物理の原理です。原理ならば、どんなスケールでもあまねく共通して現象に表れます。原理ならば場所を選ばずいずこでも共通して現象に表れます。

 でも、けっして潮汐力で宇宙(軌道)エレベータを建設し維持し、貨物荷役に応用できません。なぜならけん玉を見れば、そのすがたに宇宙(軌道)エレベータの姿を不可能と予想できるからです。
 もし潮汐力が宇宙(軌道)エレベータを可能とするなら、地上において、けん玉の球は浮き上がったまま直立不動することも可能です。
 しかしそんなけん玉は存在しません。カウンターウェイトの球は地上でも、宇宙(軌道)エレベータでも浮くことはありません。宇宙(軌道)エレベータは不可能です。

投稿日時 - 2016-11-27 12:13:21

ANo.2

宇宙エレベーター
http://www.jsea.jp/about-se/How-to-know-SE.html

宇宙エレベータの最終目的は軌道カタパルト
http://blog.goo.ne.jp/orbitalelevator/e/825e0554d9e44f04f748f8749523db8a

シャボン玉の直径がせいぜい10cm程度なら潮汐力もごく微力なので
シャボン玉はほぼ球形を保てる
でも、シャボン玉直径が1万kmだったら?
(ステンレス製で内部気圧は地上と同じ1000hPaとして)
はたして球形を保てるか?

宇宙エレベータ理論で言う潮汐力とはそういう事
たかが数m程度の距離で潮汐力は計測誤差未満の超微力
なので宇宙で普通サイズのけん玉しても地上と変わりない
でも、けん玉の直径100km、ひもの長さ1千km
そんなけん玉を飛ばしたら?

投稿日時 - 2016-11-25 23:39:27

補足

 潮汐力は物理の原理です。原理ならば、どんなスケールでもあまねく共通して現象に表れます。原理ならば場所を選ばずいずこでも共通して現象に表れます。

 でも、けっして潮汐力で宇宙(軌道)エレベータを建設し維持し、貨物荷役に応用できません。なぜならけん玉を見れば、そのすがたに宇宙(軌道)エレベータの姿を不可能と予想できるからです。
 もし潮汐力が宇宙(軌道)エレベータを可能とするなら、地上において、けん玉の球は浮き上がったまま直立不動することも可能です。
 しかしそんなけん玉は存在しません。カウンターウェイトの球は地上でも、宇宙(軌道)エレベータでも浮くことはありません。宇宙(軌道)エレベータは不可能です。

投稿日時 - 2016-11-27 12:19:55

お礼

ご回答ありがとう「けん玉の直径100km、ひもの長さ1千kmそんなけん玉を飛ばしたら?」は地上で作ることもできません。そのまま宇宙に打ち上げることもできない形状です。そしてそこに働く潮汐力はけん玉の球をひずませたり、けんだまのひもの長さを伸ばしたりしますが、ほかの物体に仕事を働きかけることはできません。ひずみの力は物体の表に取り出せない作用なのです。以下に説明します。

 潮汐力は一塊の物体において形状をひずませ、物体の元の形状が球体なら楕円体にひずませます。その物体について、物体とはなんであるか、ひずみとはなんであるか考えをより深める必要がご回答者に残されています。

 たとえば地球の潮汐現象は月と地球と太陽の引力によるそのなか2つを選ぶ1対の組が起こす、球から楕円体への変形です。
 地球に及ぶ潮汐作用では特に月の大きさが最大です。そこで地球の径と月と地球間の距離が潮汐力の計算にわれる値になります。
 すると距離が大きいほど潮汐力は大きくなるような気がするわけです。
 そこをもう一度考えを深める、そういうことがご回答者には必要です。

 潮汐力の変形力は物体の界面(表面、地平面、海面)に作用点をもち、重心を含む同一線上に同じ大きさで、向きの異なる一対の力を生じます。
 ある物体、たとえば10m直径のカウンターウェイトとして考えてください。テザーという縄をカウンターウェイトの耳輪にフックして、縄のしっぽをぶら下げたとしましょう。潮汐力がカウンターウェイトに働く界面はカウンターウェイトの表面です。潮汐力は表面に作用点を持っています。
 テザーを結んでテザーのしっぽ端に作用点が移るでしょうか?。
 移らないのです。また潮汐力はカウンターウェイトの重心を通る直線状で1対逆向きで大きさが同じ潮汐力ですから釣り合うので、耳輪の部分ではすでに打ち消されています。
 したがって潮汐力で生まれるなら、一対の力から回転もせず、界面の作用点は移動も連結もできず、ほかの物体に力を移動することはありません。


 でも潮汐力においては力の大きさは対の2個の塊の辺長や径という長さのスケールが大きいほど、大きくなります。
  宇宙(軌道)エレベータは辺長や径の数十メートルから数百メートルの形状の地上基地と、静止衛星と、カウンターウェイトの3体からできた構造です。
3体はそれぞれテザーという縄でむすばれます。テザーの長さは数100kmから数万kmになるそうです。
この数万kmというスケールが潮汐力の大きさになると宇宙(軌道)エレベータ建設推進派は考えているようです。

 できません。次の場面を想像し考えてみてください。縄なら先端のフックと物体に用意した耳輪間を引っ掛けて結ぶこともできるでしょう。縄の取り付けはワンタッチです。
 宇宙(軌道)エレベータの3体を結ぶ瞬間、縄の取り付け前になかった力が、縄の取り付け後、たるみの消えたその瞬間から増減が生まれるでしょうか。結ぶ前にはそれぞれ1体ごとにそれぞれが一定の潮汐力で一定にひずんでいるでしょう。3体を縄で結んだ後、突然それぞれの潮汐力は変化するでしょうか。
 宇宙(軌道)エレベータの3体はどれも推進エンジンを持っていません。3体はどれも地球の周回軌道上にあるのですが、3体がそれぞれ別個の慣性運動をしているとすれば、結んだ瞬間衝撃を発生します。でも衝撃が収まったあとは3体合成の慣性運動をします。地上の物体がそうででしょうあるように3体別個の潮汐現象は結合前もあとも同一です。潮汐力はある時点に変わるものではないです。
 時間がたつと宇宙(軌道)エレベータを支える力がたりないので、ヘリウム風船のようにカウンターウェイトがまだ浮いていたがっていたとしても、形状は新体操で振るリボンのように、宇宙(軌道)エレベータは地球に巻きついていくでしょう。30万kmなら6.5周ほどで、自転が24時間で1周ですから1週間たたず巻き終わります。

投稿日時 - 2016-11-26 12:37:13

ANo.1

シャボン玉が膨らむのは中に空気があるから・・

空気の無い宇宙で原液を溢せば 唯の液体です・・

水と同じく 丸くなって浮遊するだけ・・

だと思うが?

「普通に考えると・・・・」

投稿日時 - 2016-11-25 12:54:45

お礼

ご回答ありがとう
「水と同じく 丸くなって浮遊するだけ・・ だと思うが?」
わたしもそうおもいます。シャボン玉の実験映像をみると、シャボン玉もその原液の液だれもその姿が球体であるように見えます。原液は一番敏感に潮汐力を検出しやすい物体だと思います。潮汐力がどんなに弱くても潮汐力効果を観察しやすい物体です。
 でも宇宙(軌道)エレベータ建設推進派はその形をみても、まだそんなに弱い潮汐力の力でとてつもなく大きな潮汐力でないと不可能な宇宙(軌道)エレベータの姿勢維持、建築、貨物荷役の運用が叶うと思うらしいのです。彼らの思想形態それがもっと不思議です。

 水は表面張力という凝集力からしずくを作るので丸くなるでしょう。石鹸を溶かすと表面張力が弱くなって、液面は広がりやすくなり、それでシャボン玉も作れるわけです。
 シャボン玉の原液にした石鹸液をおぼんや、皿にたらすと液は拡がります。液の高さの盛り上がりが、液面の広がりにつれて下がっていきます。
 ゼラチン溶液なら液の高さは石鹸液やアルコール液より盛り上がります。このゼラチン液だと宇宙船ISS内で潮汐力の観察はしにくいかもしれません。石鹸液やアルコール液なら潮汐力の効果を観察するのに最適だと思います。

投稿日時 - 2016-11-26 12:07:11

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