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2016

「重力」って何なのか?物理学初心者にもわかるよう超簡単にまとめてみた。

CATEGORY物理学
こんにちわ。ゆうひのぼるです。

今日は誰もが喜ぶ面白い話します

それは「重力」についてです(笑

そこにきみ!。そっとじ安定とか思わないで。

一応ですね。私が今作っているゲーム「エルの銀河旅行記」というビジュアルノベルゲーム
なのですがその話は題名でもお分かりになる通り「宇宙」がテーマにあり
このゲームでは星間旅行をする主人公が色んな惑星に行くというお話しになります。

まぁ簡単に言うとSFです。

といってもファンタジーによくありがちなことなのですが物理法則を超絶に無視したり
現実ではとてもおこらないことが平然とおきるようなことがあると思いますが
私はより宇宙の怖さと面白さ。ゲームに対する没入感を重視するために
物理法則の範囲内でのSFをやりたいと思っています。

つまるところ、究極、今現代の技術などで再現可能だったり今観測されているデータの範囲内から
でないということでもあります。

もちろん。世の中にはまだまだ解明されていない不思議なこと、例えば海王星がなぜあんなに青いのか?
などや、地球で言えば砂漠に落ちている核爆発などの大量の放射線に当てられたことによりできる奇妙な石、
リビアングラスなど、たくさんの不思議があります。

今現代で科学で解明できないことなどをうまく利用したいと思っているわけですが

この宇宙で当たり前の現象などは捉えておかなければいけません。よって今回は「重力」について
簡単、簡潔、かつ学術的に面白く書きたいと思います。

重力とは何か?

重力とは何か。生まれながらにしてすでに共にあるものとして疑うこともなく生涯を終える人もいるかもしれません。
重力とはそれほど身近にあるものです。

しかし重力の本質とは一体なんなのか?その答えがはっきりと答えられる人はいません。

そうです。そもそも重力がどこからやってきて、なぜ発生しているのかは現代ではまだ、わかっていないのです。

私達がわかっているのは重力というものにどのような性質があるのかということで重力の本性については
不明のままなんですね。

一説には別次元からあふれ出た力だとか言われていますが仮説の域をでません。

重力は物体に常に一定の方向に力を与える。そしてその大きさは一定である。

もちろんこれは地球に限っていえることです。
重力とは質量(その物質の量)によって変わるので木星では木星の、月では月の重力がそれぞれ違います。

よって惑星によっては超大ジャンプが可能でしょうし、地球で超重いものが楽々もてることもできるでしょう。


ただ地球に限って言えばその働く重力が急に変わったりはしないのですね。
計算しやすいように物理学ではそう定義付けしています。

まぁもちろん、地球に超巨大隕石がぶつかれば重力もかわります。(笑 

地上で物体が静止するためには、他の力が静止している物体に働く重力を打ち消さなければならない。

私は今この文章を喫茶店で書いてますが私のテーブルに置かれたグラスは机の上で静止しています。

しかしこのグラスにも重力というものが常に発生していてそれはグラスの質量によって変わります。

グラスがなぜ静止しているかというと机によって反発する逆側の力が働いているからというわけです。(笑

FをちからとしてWを重力とするならば

F+W=0という式が成り立ちます。ちからと重力を足すとゼロということですね。
こうすることで物体は静止、つまりとまることができます。

世の中のとまっている物体にはすべて上の式が成り立っています。
これがつりあいの条件となっています。物理学の始めにならうことでもありますね。

ちなみに重力というものでは宇宙では発生しません。
そうです。重力というのは大きな物体にのみ発生するものなのでその大きな物体から離れてしまえば
重力の影響を受けなくなります。

だから宇宙は無重力状態なんですね^^

重力は質量に比例する。

重力というのはモノの質量によって大きさが変わります。大きければおおきほど重力は大きくなり
小さければ小さいほど重力は小さくなります。

太陽系がすっぽり入るほどの恒星。おおいぬ座のベテルギウスでいえばその重力はすさまじいものが
あるということがわかります。

Wを重力としてmを質量、gを比例する定数とすると

W=-mgという式が成り立ちます。

これは重力は質量と比例定数が等しいことが式になったもので
マイナスがついているのは質量は常に下向きに力が働くためです。

重力の変化を考える場合は現実に及ぼすその変化は小さいと物理学者が考えたために
増えていく値や減っていく値(関数値)を一定とみなしました。

重力によって物が動くことを「仕事」をしたという。

重力をWと記号で書きます。するとー

W+F=0という先ほどの式ができました。重力(W)と力(F)を足すとつりあうという式です。

どうやらこの他にも式があるみたいです。

モノを上に移動させたときは仕事(w)hを高さとして

w=Fhという仕事の式ができます。

wはどれくらい仕事をさせたかたで、これはF(力)をどれくらいh(高さ)の方向に
移動させたか?ということです。

そして

力の方向と物の移動の方向が同じだとその仕事の量はかけ算でしめすことができます。

w(仕事)=F(ちから)×l(移動距離)

また、質量m物体を高さhだけ持ち上げたときの仕事は
w(仕事)= F(ちから)×h(高さ)= m(質量)×g(比例定数)×h(高さ)となります。
ここらへんはわかりにくいですよね。僕もそう思います。

位置エネルギーについて

ものを落とす時はもちろん重力によって落下していますが
物体の質量が大きければ大きいほど、高さが高ければたかいほど
落下していくスピードは速くなります。この早くなる力を「位置エネルギー」と呼びます

V(位置エネルギー)=m(質量)×g(比例定数)×h(高さ)

という式で表すことができます。

バネのお話


人間、バネがないと成功することができません。
反発される力がないとすぐに再起不能になるでしょう。

それは重力界(笑)でも同じなようです。

F(バネの復元力)=ーk(バネ定数)× x(バネの伸び)

バネ定数とはバネの伸びとは逆向きに働くちからです。なのでマイナスの符号がついています。


物体と重心のお話

スポーツでもなんでも重心が大事です。
重心とはバランスを崩すことなく物体を支えることができる点のことです。

式として表すと

m1(物体1の質量)× x1(物体1の重心) + m2(物体2の質量)× x2 (物体2の重心=0(つりあうということ)

物体と重心の距離だけで式を表すならば

m1(物体1の質量)× L1(物体1の重心からの距離)=m2(物体2の質量) × L2(物体2の重心からの距離)

という式で表せます。

式でかくと随分と難しいことのように見えますが意外とシンプルに物体って静止していたり
つりあっていたり動いたりしていると思いませんか?

重力という力はなんにでも通り抜けてなおかつ生物を傷つけない程度に常に一定のちからを与えてくれる
とかなんというチートなちからでしょうね。

重力のでどころ、いつか知ってみたいものです。まさか次元の違ういち生命体のおならなんてことはないでしょうね!?



ここまで読んでいただいてありがとうございました。また会いましょう^^さよーなら!
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