無重量状態

地球の周回軌道上の宇宙船にのった宇宙飛行士などが体験する、重さを感じない状態。無重力状態ともいわれることがあるが、外部の重力場自体が消失しているわけではない。地球上の物体に地球がはたらきかける力を重力という。重力は、地球からの万有引力がおもなものであるが、地球の自転にともなう遠心力もふくまれる。この重力によって、机は床に静止し、木の葉は地面におち、月は地球の周りを公転している。この重力によっておこる運動、たとえば、自由落下している宇宙ステーションや、地球を周回しているスペースシャトルの内部は重力の作用のみで運動をしており、宇宙船とその内部の物体も同一の加速度でうごいているため、無重量状態になっている。加速度運動している座標系で運動方程式が成立するように導入されたのが慣性力である。宇宙ステーションやスペースシャトルの内部では、重力と慣性力がつりあって無重量状態になっているので、水滴や宇宙飛行士が宙を舞っている。しかし、このとき、物体には重力がはたらいている。

運動方程式が成立する系のことを慣性系という。慣性系に対して等速直線運動している系もやはり慣性系である。つまり、地球は慣性系と考えることができる。また、駅と駅の中間付近を走行中の列車内も、ほぼ慣性系と考えてよい。外部から力がくわわらないために、列車内の乗客には現在の状態を持続する性質(慣性)がはたらいている。そのため、つり革につかまらなくてもよろめくことはない。逆に、急発進した場合には、立っている乗客は地表に対してもとの位置にのころうとする慣性によって後方にたおれそうになる。リンゴをおとせば自由落下をする。しかし、仮に、エレベーターのワイヤーが切れた場合を考えてみる。おそろしいことではあるが、思考実験にとどめておくにはかまわないだろう。その中で、同時にリンゴを手からはなしたとすると、重力による加速度は質量に無関係に重力加速度g に等しい。そのため、エレベーターにのっている人からみると、リンゴは宙にういている。だが、実は本人も無重量状態になっている。エレベーター内では、重力がはたらいているにもかかわらず加速度が0(ゼロ)であり、運動方程式が成立しないからである。エレベーター内は慣性系ではないが、慣性力を考えれば、合力が0(ゼロ)となり、静止していることをしめすことができる。

無重量状態では対流や偏析はおこらず、重量がことなる液体どうしでも均質にまぜあわせることができる。そのため、新しい合金の製造や大型結晶の作製などの実験がスペースシャトルなどでおこなわれている。しかし、長期間にわたる無重量状態は、人体に多大な影響をあたえることがわかってきた。たとえば、血液の循環を阻害し、赤血球や血漿を減少させたり、骨の中のカルシウムをへらしたりすることなどが知られている。→宇宙・航空医学の「宇宙医学」