最終更新日: 2024 年 7 月 25 日

なぜ宇宙飛行士はISSに浮かぶのでしょうか？

画像の説明: 国際宇宙ステーション (ISS) は高度約 415 km の地球低軌道に設置され、秒速 7.7 km、つまり時速 27,700 km の速度で地球の周りを 90 分で一周します。宇宙環境の科学研究に専念する国際的な乗組員は、毎日約 16 回の日の出と日の入りを観察しています。国際宇宙ステーションに搭乗する宇宙飛行士は無重力状態にありますが、微小重力状態ではありません。 ISS と宇宙飛行士は地球の周りを自由落下しています。宇宙飛行士が国際宇宙ステーションに浮かぶのはこのためです。

重力、無重力、無重力、微小重力！

なぜ宇宙飛行士が国際宇宙ステーション (ISS) に浮かぶのかという質問に答える前に、いくつかの物理用語を簡単に説明する必要があります。
重力は、私たちを地球の中心に向かって引き寄せる重力場の力であり、この用語は地球に関連しています。しかし、あらゆる物体に重さを与える力（重力）でもあります。
重力とは、より一般的には、2 つの巨大な天体間のこの力または相互作用を指します。しかし、これら 2 つの用語は同じです。
無重力とは、重力とは異なり、重さの感覚がほぼ完全に存在しないことです。
微小重力は、巨大な物体から非常に遠く離れた場所、またはラグランジュ点のように複数の巨大な物体の重力の影響が互いに打ち消し合う空間の隅にある物体が感じる非常に弱い重力を特徴とします。
重力は宇宙の大規模構造に至るまで空間全体に浸透しているため、無重力またはゼロ G は存在しません。「無重力」体験とは、あたかも重力が消滅したかのように見える錯覚です。しかし実際には、自由落下中に消えるのは重量感です。実際、ケーブルが切断されたエレベーター内で自由落下すると、2 つの物体は同じ速度で落下し、どちらももう一方の上に止まります。 2 つの体が落下する場合、それはまさに重力のせいです。
では、宇宙飛行士が国際宇宙ステーション内で浮くことを可能にする物理現象とは何でしょうか?
重力は、地球の表面上で自由落下する物体の加速度を測定します。

F=ma で表されるニュートンの第 2 法則は、加速度 (a) により、重力 (f) と質量 (m) が等しくなるというものです。
この式では、1 kg の質量に作用する 1 ニュートンの力は 1 m/s2 加速します。したがって、重力は質量 1 kg に対して約 9.81 ニュートンになります。
しかし、重力と加速度は同じ力の 2 つの側面です (F=ma および F=mg ⇒ g=a)。
重力は、g0=9.81 m/s2、つまり重力加速度（緯度 45 度の海面）で表されます。
重力 g の計算に使用される物体の質量 (kg で表示) は、重さと異なり、物体が位置する星によって変化しません。 2 つの物体を隔てる距離の 2 乗の関数として減少する g です。
私たちの国際宇宙ステーションは、地表から約 415 km の低軌道を飛行しています。この距離は非常に小さく、この高度 (g=9 m/s2) での重力は地球上の重力 (g=9.81 m/s2) と実質的に同じです。
したがって、国際宇宙ステーションに搭乗する宇宙飛行士は無重力状態にありますが、微小重力状態にはありません。 ISS と宇宙飛行士は地球の周りを自由落下しています。宇宙飛行士が国際宇宙ステーションに浮かぶのはこのためです。

注: 地球は、重力が異なる他の天体の基準です。したがって、地球の重力は他の物体では 1 に等しいため、質量と重量 (p=mg) が混同されます。

なぜ宇宙飛行士はISSに浮かぶのでしょうか？

重力、無重力、無重力、微小重力！

同じテーマの記事