大気圏で無重力?

無重力の原理

 

物体が重力のみの力を受けて運動する場合、その物体の内部は無重力状態になります。

例えば、エレベータで降りる時は体が "ふわっと" するのがこの原理です。

エレベータでは重力加速度より、かなり小さな加速度がかかるだけなので、体が "ふわっと"感じる程度ですが、もし、エレベーターの

ワイヤーが切れたらどうでしょう?

エレベーターはすごいスピードで下に落ちて行くでしょう。

この時、エレベーターは重力加速度の影響を受けて落ちて行くわけで、エレベーターの中の人は "ふわっと" 感じるどころか体重が "" になり宙に浮いてしまうでしょう。

 

さて、重力のみの力を受ける運動は落下のみではありません。

例えば、ボールを斜め上方に投げ出すこととしましょう!

ボールは投げ出された瞬間、斜め上方に初速をもらいますが、その後は重力のみの力を受け(厳密に言えば空気抵抗力も受ける)

放物線運動をし、最後に地面に落ちます。

この運動でもボールの内部は無重力状態になるのです!?

航空機の実験では、この放物線運動を行うように操縦し、機内に無重力状態を作ります。

 

ボールを投げるとき、できるだけ強く投げる。すなわち、最初に大きな初速を与えること、

または、できるだけ上向きに投げることで地面に落ちるまでの時間を長くすることができます。

航空機でもできるだけ長い無重力状態(厳密には微小重力)を作るため、効率の良い飛行をする必要があります。

そのため、下図のような飛行パターンで飛行します。

パラボリック飛行

放物線飛行、パラボリックフライトと呼んでいるこの飛行方法では、その開始点である上図のC点(ボールを投げ出す点)において、

大きな速度と上昇角を得たいので、B点において航空機の最大速度に加速しておき、C点までに急激に機首を引き上げます。

 

このためB点~C点間は2G(通常の2倍の重力)がかかります。

 

C点からは放物線を描くように航空機をコントロールします。

 

このまま放物線飛行を続けると上昇の頂点を経て落下加速運動に入り最後には航空機の制限速度をオーバーしてしまいます。

このため安全に回復可能な(機首下げ角が35°~40°)D点で放物線飛行を終了させます。

この間、C~D点間で機内に微小重力環境ができるのです。C~D点間の時間は航空機の性能によって変わりますが、通常の民間ジェット機クラスで約20秒間、プロペラ機では約10秒、音速を超える戦闘機では40秒程度になります。

・ペットボトルの水を飲むことはできるか?
・雑巾は上手に絞れるのか?
・砂時計の砂はどうなるか? etc

 さまざまな簡易実験を行うことができます。

 オリジナル実験を持ち込んでみてはいかがでしょう?

 

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