万有引力は、私たちが日常的に目にする現象の一つですが、その実態や働きについては理解が難しいことも多いです。この記事では、万有引力の基本的な概念から、実際に私たちがどのようにその影響を受けているのかをわかりやすく解説します。
万有引力とは？
万有引力とは、すべての物体が互いに引き合う力のことを指します。この力は、物体の質量と物体同士の距離に依存しており、質量が大きいほど引力が強く、距離が近いほど引力が強くなるという特徴があります。例えば、地球はその大きな質量によって私たちを引っ張っており、これが重力です。
日常生活における万有引力
質問者が言うように、私たちの手とスマホの間にも引力が働いています。しかし、スマホと手の質量は非常に小さいため、その引力はほとんど無視できるほどです。対照的に、地球のように大きな質量を持つ天体の引力は非常に強力で、私たちの体重や物体の落下を引き起こします。
万有引力はなぜほとんど認識できないのか？
万有引力はすべての物体に働いているため、確かに私たちの周りの物体同士にも引力があります。しかし、その引力は物体の質量と距離に大きく依存するため、一般的に質量が小さく、距離が遠い物体同士では引力は非常に弱くなります。したがって、私たちは普段それを意識することなく生活しています。
引力の強さを実感できる例
一方で、引力が強く働く場合、例えば地球と私たちの間の引力は非常に強く、これを「重力」として実感しています。また、惑星同士や月と地球の間でも引力が働いており、これが潮の満ち引きの原因となっています。
まとめ
万有引力はすべての物体に働く力ですが、その影響を感じるためには物体の質量や距離によって引力の強さが大きく異なることを理解することが重要です。普段は感じにくいものの、天体や大きな物体には強い引力が働いており、私たちの生活に直接的な影響を与えています。
コメント
万有引力は慣性力によるものです。力を発生させる仕組みは単純なものではありません。物体や粒子を加速すると周囲の向力線と相互作用して後方へ慣性力と自身の向力線を発生させます。電子は振動しながら原子核の周りを回っています。原子核は絶えず振動しています。振動も回転も加速度運動です。この加速度運動で慣性力を得ているので質量が両者に発生しています。質量の元は慣性力です。また慣性力の元はエネルギーです。地球を構成する無数の原子から加速度運動による向力線が発散されています。これは宇宙からやってきた向力線と重なった状態の空間になっています。宇宙空間ではどの面を考えても正逆方向の向力線密度は等しく差はありません。従って対称性があります。しかし重力場では位置によって向力線密度に差があります。地上の物体はこの差に比例した力を受けます。この差の向力線密度は地球から発散される向力線を考えるだけで求まります。この差は地球の質量をMとすると4πGM本の向力線が地球から発散されているとして4πr^2で割ってやると求められます。これは万有引力の法則と矛盾はありません。この力は向力線の発生源に向かった力を発生させます。地球の中心から向力線が発散されているとすると万有引力の法則を満たします。すべての質量を持ったものはこの向力線密度に比例した力を受けます。この空間では物体を構成する原子内の電子や原子核の回転や振動の加速度運動に慣性力(遠心力を含む)の片寄りが発生します。これはバネに付けた鋼球が回転しているときに中心を加速すると後方への慣性力で楕円軌道になり慣性力の片寄りが発生するのと同じです。また左右に振動している鋼球の中心を右へ加速すると後方へ慣性力が発生して慣性力の片寄りが発生するのとも同じです。これらの力は万有引力と同じ慣性力です。見かけ上引力に見えますが向力線の発生源に向かおうとする向力を物体内で発生させています。万有引力が慣性力である証明は重力質量と慣性質量が等しいことと運動の第二法則を使うとできます。万有引力は物体を構成する原子内の慣性力の片寄りで発生する力で慣性力なのです。
重力は万有引力と地球の自転による遠心力の合力です。万有引力と言ってもこれは見かけ上の力であって実際は物体内に地面へ向かおうとする力が働いています。この力を向力とすると「重力は万有向力と遠心力の合力である」と言えます。これまでの人類の歴史において重力はまだ解明されていません。色々な説がありますがどれもこれも疑わしいものばかりです。万有引力の解明は色々な説のような単純ものではありません。言葉で言うと「万有引力は慣性力である」と単純ですがそれを説明する過程は複雑です。この言葉だけを聞いて大多数の人はそんなはずはないと思うに違いありません。なぜなら加速度方向と慣性力方向は互いに反対方向だからです。しかし宇宙空間で宇宙船を加速することを想像すると理解を助けてくれます。重力加速度と同じ加速度で加速したなら地上の空間に居る錯覚を体験できることでしょう。ここで見過ごしてはならないことは宇宙船での加速で引力に相当する力は慣性力であると言うことです。これが非常に重要なことです。ここでの「引力は慣性力である」と断言できます。しかしここでは加速方向と慣性力が反対方向です。万有引力は加速方向と慣性力方向が同じです。同じでなければ万有引力を説明できません。それなら加速度方向と慣性力方向が同じになるケースを探せばよいのです。唯一方向が同じになるケースがあります。それは複数の慣性力による合力です。この場合慣性力による加速なので慣性力は発生しません。吸い込まれるように加速します。ここで万有引力の解明が一歩進んだと考えて良いでしょう。次に具体例を探してみます。太陽の周りを惑星が楕円軌道を描きながら公転しています。惑星の速度を考えると太陽に近づくにつれて速度を上げて最も近づいた時に最大になります。この運動の慣性力を考えると太陽に最も近づいた時に慣性力も最大になります。遠心力は慣性力と同じものです。慣性力の合力は片寄っていて太陽から離れようとする力が発生しています。これを太陽が引き止めています。太陽を抜きにして惑星だけの動きを原子内の電子の回転や原子核の振動に持ち込むと回転や振動に片寄りが発生してその結果慣性力の合力が地面へ向かおうとする力になっていると考えると何も矛盾がありません。そうすると物体側に慣性力の片寄りが発生して向かおうとする力が発生します。それでも万有引力の法則と矛盾があってはいけません。このように考えると地球を構成する無数の原子から加速するものに対して慣性力を発生させる影響線が出ているとしなければいけません。原子からそれが発散しているとしなければ万有引力の法則を満たしません。しかし今度は物体側からも影響線が出ているとしなければなりません。このように相互に作用し合って力を発生させていると考えれば万有引力の法則と矛盾がありません。「万有引力は慣性力」なのです。またこれを前提にすると色々なことが分かってきています。詳しいことはネットで「万有引力は慣性力」と入力するとJ-GLOBAL科学技術総合リンクセンターのウェブサイトから情報が得られます。