遠心力とは? [物理]

偏西風・貿易風とについて私なりの説明をしたのですが、ここで一般に知られているある力と相容れない力があるので、これについて説明しなければならなくなりました。
それは、地上で働くと言われる地球の回転に伴う遠心力です。
潮汐力を調べていたら出て来るし、地球の遠心力と調べても出て来ます。しかし、風でも、潮汐でも出て来ると論理破綻するのは、明々白々です。もしかして学校の教育でそんなことを教えているとしたら、子供達の頭の中がパンクするに違いないし、物理学にそっぽを向くでしょう。

答えから言うと、等速回転運動をしている地上の質量を持つ物質には、遠心力はほとんど働かないのです。
ええ、そんなことはないでしょう!と思った人は、ずっと騙されて来たのです。

私の潮汐現象を説明する時に、遠心力は使いませんでした。偏西風・貿易風を説明する時も当然使いませんでした。しかし、一般的な潮汐の説明で遠心力を使わないと説明できない現象があるから使うのであれば、大気の現象でも多少なりとも出て来なければなりません。大気なら多少だから無視して大丈夫というのは、潮汐も無視して大丈夫と同じことではないですか。
ところが、潮汐の場合、新月の時も満月の時もそれと向かい合う面、反対側の面で同時に満潮を迎えるため説明がつかず裏側の面は遠心力が働いているためとしています。
もし遠心力が地表面に働いていれば、表も裏も無く、その結べるすべての円周上に平等に働いているのではないでしょうか。つまり、遠心力は潮汐現象には使えないと言うことです。
ではどうやってその現象を説明するんだ、と言われそうですが、ことは簡単です。海水は大陸に分断されており、裏側の海水は大半は裏側に閉じ込められたままで、行き来は出来ないからです。ゆえに、満月の時が一番その兆候があり、新月の時でも、表面で半分は重力で引っ張られますが、裏側は海水の量は同じでも海水が反対側に引っ張られて減りますが、減った部分、90度角度をなす部分(減った部分はここでとどまる)から海水が減った方に流れ込んで、満潮を迎えるようになるとすれば説明が付きます。

遠心力や求心力の実験では、ひもにボールを結んでぐるぐる振り回して、離せば飛んでいく実験が有名ですが、重力を有する地上では、等速円運動は、地上に落ちてしまって実験できませんので、無重力空間で、巧く等速円運動の状態を作り、ひもを挟みで切るとどの方向に飛んでいくか確かめることが出来ます。結果は紐と90°折なす方向なはずです。地上では電磁気力の働く方向です。

一般相対性理論の重力理論でも、地上での遠心力は出て来ないはずです。
日常生活で、遠心力を目にするのは、遊園地のジェットコースターや回転ブランコのような乗り物でしょうか。特に回転ブランコは、遠心力を感じる遊具でしょう。遊園地で遊んでいる分には楽しい乗り物かもしれませんが、遊んだ後には、勉学が付き物です。学んでみましょう。
最初ブランコは、加速度回転運動で、外側に開いていきます。ある程度開いたところで、等速円運動すれば、そのままの位置で円運動できそうです。とすれば、
そら見たことか、遠心力と求心力が釣り合って、等速円運動でも遠心力が出て来るじゃないかと!
その通り!と言えるのですが、そこが錯覚の始まりなのです。この状態では、見えない力が働いています。ブランコと搭乗者に掛かる重力です。つまり、最初の高さから、浮揚した高さまでの位置エネルギーです。このエネルギーは回転エネルギーから貰っていますから、仮にブランコの鎖を切ったとしたら(人の代わりに同じ重さの物を乗せたとして)、回転はエネルギーが余って加速度回転運動をしだします。
つまりは、回転軸は見掛は、等速回転運動しているのですが、エネルギーの視点から見れば加速度回転運動しているのと同じことなのです。
(ここは最初はよく分からないかもしれませんし、思考中の課題なので曖昧さが残るかもしれません。)

じゃあ地表付近の物質だってだって、加速度回転運動を妨げて、等速回転運動させているのだから、遠心力がやっぱり有るじゃないかと戻ってしまいそうですが、もう一歩踏み込まなければなりません。
ニュートン力学の宇宙観は、星をすべて質点として捉えた体系で、物理をかじった者であればその経緯を知っているはずです。ですので、説明のつかない抜けているところがあるのです。
ですから、正確さを求めるのであればアインシュタインの重力理論に頼らなければなりません。
簡単に言えば、物質が作り出す時空の状態が重力を生んでいる源で、呼び方としては、重力場と言うのが正確な概念と言うわけです。
と言うことは、その場にある地上の物質は、すべて重力場を作り出す物質で、地球の質量に含まれると言うことです。ここは抽象過ぎてうんざりして来るかもしれませんが、イメージが掴めないと、これからが物理学の本領発揮できる分野になるので、後ほど詳しく説明できたらアップしたいと思います。

さて話を戻すと、地球の自転は時空も一緒に回るので、重力の変化は人間には感じられません。また時空を変化させることが出来る電磁場も、地球と人間が一体となり、一緒に回っているので、感じることは出来ません。つまり地上では遠心力は無いも等しいのです。

と言うことになると、仮に回転エネルギーがなければ、いずれ自転は止まってしまうはずですし、地球には回転エネルギーとなる電磁場がある以上、地球の自転加速度は、止める力が働かず、それと同等のエネルギーを何処かで使ってないと、等速回転運動にならず、加速度回転運動になってしまいます。
この答えは、過去のブログに既に述べています。それが、月と地球の重力相互作用です。
あの時悩んだのがこんなところで役に立ちました。

遠心力については、これはこれで私なりに納得いくのですが、細かく見ていくと春夏秋冬のある日本では、別の意味で考えなくては行けないのかなと思っています。
何か良い考えが纏まったらアップしたいと思います。
タグ:遠心力
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