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よくある誤解なんだけど、「大気圏再突入で火が出る」というのは、マッハ22のまま0.7～1気圧とかの大気に突っ込むとエアブレーキがあまりの空気抵抗で発火する、そして発火を前提に断熱材が作ってある、というだけのことで、別に大気圏の表面に粘っこい燃えるフィルムがくっついていて、出入りすると熱が発生しているって訳じゃない。
だから、発生する熱や減速Gはある程度コントロールが効く。例えば予めロケットエンジンで減速しておくとか、もっとゆったりしたパラシュートでもっと高いところから減速を始めるとか、色々な減速方法がほんとは考えられる。「スペースシップツーは…ICBMの再突入時の加熱は…」というのはあんまり正確じゃない。SS2は民間機として当たり前に安く安全に作る意味があるし、ICBMの場合は特に迎撃を避けるために高速を維持してる。
しばしばマンガなどでは「大気との摩擦熱で燃え尽きる」と表現されてきたが、実は「断熱圧縮」だそうだ。とはいえ、熱が出るのは事実だし、当の宇宙飛行士に取ってさえ大きな違いはないかもしれない。
＃同じ原理では「炎のコマ」は燃え上がらないだろう。どれだけ回転してもそれだけでは圧縮がないから。
圧縮加熱はなくても、十分に高速であれば、空気の粘性摩擦もあるので、加熱しちゃうんじゃない？純粋な回転運動だけであっても、コマの形状的に圧縮される部分も出そうだし。
空気との粘性摩擦より先に、接地面との摩擦で燃えそうだけど。
分子運動的に考えたら、空気分子と衝突したとき、物体のほうが高いエネルギーを持っていれば冷却されるが、空気分子のほうが高いエネルギーを持っていれば加熱されてしまう、ということではないだろうか。
確かに回転では空気分子と正面衝突はしないが、側面の衝突でも回転する方向成分での相互作用はあるわけで、十分高い回転数なら加熱されると思うぞ。
空気分子と衝突したとき、物体のほうが高いエネルギーを持っていれば冷却されるが、空気分子のほうが高いエネルギーを持っていれば加熱されてしまう
これは「常温大気中にお湯を置いてたら冷める、氷を放置したら溶ける」ってやつですわ。普通の状態でも気体分子は常に物体に衝突していて、その衝突の度合いを数値化したものが「気圧」
一方物体が高速に運動している場合は気体分子の持つ運動エネルギーは相対的に非常に小さくなるのでほとんど無視できる。そして移動する物体が空気に衝突することで物体の持つ運動エネルギーの一部が熱に変わる。これが「空気との摩擦による発熱」
さらに非常に高速になると空気が物体にぶつかったとき急激に圧縮され、個々の気体分子の持つエネルギーは変わらないのだけど同じ広さの空間に分子が大量に詰め込まれるため局所的には単位容積あたりのエネルギー量が大きくなる。これが「断熱圧縮」
軌道運動できるほど高速な物体が空気にぶつかると、摩擦による発熱よりも断熱圧縮の発熱の方がずっと大きくなるという話ですね。
圧縮する過程で仕事が加わっているはずだが、個々の気体分子のエネルギーが同じだと圧縮前後でエネルギーの和が同じになってしまうぞ。
そりゃ、エネルギーの和が変化したら「断熱圧縮」と言えないじゃないですか。加わった仕事がどこへ行ったのかうまく説明する自信がないけど、断熱圧縮による温度上昇はエントロピー増加といったマクロレベルの現象であって、分子ひとつひとつの運動エネルギーには影響を与えないはずです。
あー、これ間違ってる気がしてきた。消したい
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再突入時に熱が発生するわけじゃない (スコア:0)
よくある誤解なんだけど、「大気圏再突入で火が出る」というのは、マッハ22のまま0.7～1気圧とかの大気に突っ込むとエアブレーキがあまりの空気抵抗で発火する、そして発火を前提に断熱材が作ってある、というだけのことで、別に大気圏の表面に粘っこい燃えるフィルムがくっついていて、出入りすると熱が発生しているって訳じゃない。
だから、発生する熱や減速Gはある程度コントロールが効く。例えば予めロケットエンジンで減速しておくとか、もっとゆったりしたパラシュートでもっと高いところから減速を始めるとか、色々な減速方法がほんとは考えられる。「スペースシップツーは…ICBMの再突入時の加熱は…」というのはあんまり正確じゃない。SS2は民間機として当たり前に安く安全に作る意味があるし、ICBMの場合は特に迎撃を避けるために高速を維持してる。
Re: (スコア:0)
しばしばマンガなどでは「大気との摩擦熱で燃え尽きる」と表現されてきたが、実は「断熱圧縮」だそうだ。
とはいえ、熱が出るのは事実だし、当の宇宙飛行士に取ってさえ大きな違いはないかもしれない。
＃同じ原理では「炎のコマ」は燃え上がらないだろう。どれだけ回転してもそれだけでは圧縮がないから。
Re:再突入時に熱が発生するわけじゃない (スコア:0)
圧縮加熱はなくても、十分に高速であれば、空気の粘性摩擦もあるので、加熱しちゃうんじゃない？純粋な回転運動だけであっても、コマの形状的に圧縮される部分も出そうだし。
空気との粘性摩擦より先に、接地面との摩擦で燃えそうだけど。
Re: (スコア:0)
分子運動的に考えたら、空気分子と衝突したとき、物体のほうが高いエネルギーを持っていれば冷却されるが、空気分子のほうが高いエネルギーを持っていれば加熱されてしまう、ということではないだろうか。
確かに回転では空気分子と正面衝突はしないが、側面の衝突でも回転する方向成分での相互作用はあるわけで、十分高い回転数なら加熱されると思うぞ。
Re:再突入時に熱が発生するわけじゃない (スコア:2)
空気分子と衝突したとき、物体のほうが高いエネルギーを持っていれば冷却されるが、空気分子のほうが高いエネルギーを持っていれば加熱されてしまう
これは「常温大気中にお湯を置いてたら冷める、氷を放置したら溶ける」ってやつですわ。
普通の状態でも気体分子は常に物体に衝突していて、その衝突の度合いを数値化したものが「気圧」
一方物体が高速に運動している場合は気体分子の持つ運動エネルギーは相対的に非常に小さくなるのでほとんど無視できる。
そして移動する物体が空気に衝突することで物体の持つ運動エネルギーの一部が熱に変わる。
これが「空気との摩擦による発熱」
さらに非常に高速になると空気が物体にぶつかったとき急激に圧縮され、個々の気体分子の持つエネルギーは変わらないのだけど同じ広さの空間に分子が大量に詰め込まれるため局所的には単位容積あたりのエネルギー量が大きくなる。
これが「断熱圧縮」
軌道運動できるほど高速な物体が空気にぶつかると、摩擦による発熱よりも断熱圧縮の発熱の方がずっと大きくなるという話ですね。
うじゃうじゃ
Re: (スコア:0)
圧縮する過程で仕事が加わっているはずだが、個々の気体分子のエネルギーが同じだと圧縮前後でエネルギーの和が同じになってしまうぞ。
Re:再突入時に熱が発生するわけじゃない (スコア:1)
そりゃ、エネルギーの和が変化したら「断熱圧縮」と言えないじゃないですか。
加わった仕事がどこへ行ったのかうまく説明する自信がないけど、断熱圧縮による温度上昇はエントロピー増加といったマクロレベルの現象であって、分子ひとつひとつの運動エネルギーには影響を与えないはずです。
うじゃうじゃ
Re:再突入時に熱が発生するわけじゃない (スコア:1)
あー、これ間違ってる気がしてきた。消したい
うじゃうじゃ