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宇宙でも質量を測りたい。どうしたらよいのだろうか?

バネによる振動を利用する。

 無重力になっても、質量は存在する。したがって、重力を利用するふつうの「はかり」は使えない。中学校の教科書には、「ばねはかりで測るのが重さで、てんびんで測るのが質量」と書いてあり、「てんびんで測ればよい」と言う人がいるが、ふつうにてんびんを使おうとしても、使えない。では、どうしたらよいだろうか。

 「質量」の性質として、「加速されにくさ」がある。この性質を利用して、一端を固定したバネにつないで振動させ、振動周期を測れば質量を測ることができる。質量が大きいほど、周期は長くなるのだ。

 宇宙飛行士の健康管理の上で、「体重」の測定は重要だ。実際、この方法がとられている。

宇宙飛行士は、台に体を固定し、振動させて「体重」を計る©NASA

原理図

物体の質量は、上記の式で求められる。
ばね定数は、それぞれのばねで決まっているため、軌道上で振動の周期を測定すれば、物体の質量が計算できる。
 そのほかに考えられるのは、力を加えて、加速の具合を測ることだ。「ばねはかり」につないで引っ張り、生じた加速度と目盛りの関係から求めることができる。ひもにつないで回転させ、ひもに生じる力を測ってもいい。

※特に断りのない限り、画像クレジットは©JAXA