こんにちは、けいタンです。
今回はロケットに関する雑学について紹介していきます。
今回のテーマについて
ロケット…それは多くの人々が1度は乗ってみたいロマンある乗り物である。（笑）
皆さんもロケットに乗ってみたいですよね？
ちなみに私はすごく乗ってみたいです。
その理由はいたってシンプルで、
無重力…いや無重量状態を体感したいからなのです！
※なぜ無重力ではなく無重量といったのかが分からない方向けに
⇒無重量～宇宙は無重力なのか～033（宇宙⑥） – (keitan-zatsugaku.com)
↑宇宙空間は厳密にいえば「無重力状態」ではないのです！！
知っておくと面白い宇宙に関する奥深いヒミツを探ろう！
そしてロケットといえば、遥か彼方な宇宙まで飛んでいきますよね。
そこで今回は、
「どうやってロケットは宇宙まで飛べるのか？」
というテーマについて考えていきます。
・合わせて読みたい前回の関連記事：作用・反作用～アーチ形の橋はなぜ崩れないのか～049（科学⑩） – (keitan-zatsugaku.com)
↑アーチ橋がこれといった支えがないのに頑丈な理由は何でしょうか？
知っておくとアーチ橋に対する見方が大きく変わりますよー！
↑家計と地球にやさしいお買い物がここではできますよ～！
食品ロスを減らすため、でもお金はできるだけ減らさないようにするためjunijuniで一歩踏み出してみませんか？
ではまずは、結論から始めていきますね～。
この疑問に対する解答
どうやって宇宙までロケットが飛んでいけるのか？という疑問に対する結論は、
作用・反作用の原理で飛び出し、さらに機体を軽くすることでものすごい速さで宇宙まで飛んでいくことができる
ということになります。
ここで、勘の鋭い方はあることに気づいたかと思います。
前回取り上げた「アーチ橋が安定している理由」に関する物理的な要因は「作用・反作用」でした。
今回の「ロケットが宇宙まで飛んでいける」ことにも「作用・反作用」が少なからず関係します。
こういうところが面白いですよね。（皆さんも頑張って無理しても「面白い」と感じてください笑）
なんたって、一見すると全く関係がない「アーチ橋とロケット」が同じ物理原理によって構成されていますからね！
それではここからはいつも通り、ロケットが飛べる理由の詳細を見ていきましょう。
ロケットと作用・反作用
さて余談が少し多くなったので、ここからは真面目に解説します。
ロケットは、皆さんも分かるとは思いますが、
ものすごい量の強力なガスを噴出していますよね。
そして実際に、ロケットはガスを噴出した、その反動を使って飛び出しているのです。
そしてその反動について作用・反作用が関係しているのです。
どういうことかというと、
ロケットは発射する際に、後方に勢いよくガスを噴き出していますよね。
これが「作用」に該当します。
そしてガスを噴き出すことで、その力と同じ逆向きである上向きの力をロケットは得るのです。
この上向きの推進力がここでいう「反作用」なのです。
ロケットとゴム風船
ではこのロケットの原理について別の具体例を用いてみましょう。
例えば、ゴム風船がそのよい例でしょう。
ゴム風船の、口のところを持った手を離すとどうなるでしょうか？
イメージしてみてください。難しくないと思います。
手を離すと、空気を噴き出しながら飛んでいきますよね。
これがまさしく、ロケットの飛び方なのです！
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ロケットと推進力
今までのところである程度の「ロケットの飛ぶ仕組み」が分かったかと思います。
それでは次に、ロケットの推進力について考えてみましょう。
皆さんはロケットの発射映像を見たことがありますか？
見たことがある方はわかると思いますが、ロケットの発射映像をよく見ると、
途中で何かを切り離しているのです。
その何かとは、大量の燃料と酸化剤を入れた燃料タンクなのです。
これはどういうことなのでしょうか？考えてみてください。
運動量保存の法則とロケット
大量の燃料と酸化剤を入れた燃料タンクを切り離しているのは、
ロケットが大きな推進力を得るための行為なのです。
すなわち、これは大きな推進力を得るためにロケットが大量の燃料を爆発的に燃焼して、
そして使い終わった燃料タンクと酸化剤を積んだ機体を、切り離して捨てて飛んでいるということなのです。
何となく予想がつくとは思いますが、機体は軽い方が速度が出ます。
これは「運動量保存の法則」で説明することができます。
運動量は質量×速さで表されます。
ロケットについては、以下ような運動量保存の法則が関係しているのです。
この式から分かるようにロケットは、
ガスの噴出によってロケットが得た運動量を使い、ロケット本体自体が質量を減らすことで、
ロケットの速度を速くする（速める）ことができるのです。
秒速7.9km以上の速さになれば…
ちなみにですが、ロケットをちゃんと正しい向きに飛ばし、なおかつ
秒速7.9km以上の速さになれば、地球の地表面すれすれを回る周回軌道に乗ることができます。
そして秒速11.2km以上の速さになれば、地球の引力を振り切り、
軌道から飛び出すことができるのです！
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おまけ～ロケットが横に流れるワケ
ここからはおまけ的な内容になります。
ところでですが、ロケットの打ち上げシーンを見ていると、
ロケットが真上ではなく横に流れていっているように見えます。
これは、ロケットが地球の自転する方向である東へ向けて出発しているからなのです。
ということは、地球の自転の速度にも助けてもらい、ロケットは更なる速度を得て飛んでいるのですね。
まとめ～ロケットを飛ばす力は作用・反作用が関わっている！
今回の内容はいかがだったでしょうか。
前回の「アーチ橋が安定しているワケ」という話に比べると少し難しい話もありましたが、
その分面白い要素も結構あったと思います。
なので、今回のことは是非、友達や家族に自慢してみてください！
いいアウトプットになります。
では今回もいつも通り、まとめをして終わりにしましょう。
確認しておくべきロケットに関する6つのこと
- ロケットは発射する際に、後方に勢いよくガスを噴き出すことで（作用）、上向きの推進力（反作用）を得る。
- ロケットは発射時に大量の燃料と酸化剤を入れた燃料タンクを切り離して捨てている。
- これは大きな推進力を得るためにロケットが大量の燃料を爆発的に燃焼して、使い終わった燃料タンクと酸化剤を積んだ機体を、切り離して捨てて飛んでいるからである。
- 運動量保存の法則からガスの噴出によってロケットが得た運動量を使い、ロケット本体自体が質量を減らすことで、ロケットの速度を速くする（速める）ことができるとわかる。
- ロケットをちゃんと正しい向きに飛ばし、なおかつ秒速7.9km以上の速さにすれば、地球の地表面すれすれを回る周回軌道に乗ることができる。
- ロケットが横に流れていっているように見えるのは、ロケットが地球の自転する方向である東へ向けて出発しているからである。
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では今日はここまでです。最後までご覧くださりありがとうございました。
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また明日お会いしましょう。けいタン
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