引力と重力について分かりやすく簡潔に解説します。物質にもたらす作用だけではなく、誰がどのように発見したのかまで、しっかり覚えてしまいましょう。また、難しい話にも興味を持ちやすくなる、引力や重力に関する豆知識も紹介します。
そもそも引力って何？
「引力」が物を引きつける力なのは読んで字のごとしですが、「重力との違いは？」という話になると首をひねってしまう人も少なくないでしょう。まずは、引力と重力について詳しく解説します。
お互いに引っ張り合う力のこと
引力は、正しくは「万有引力」といいます。万有引力とは、「質量のある全ての物体同士の間に働く、互いを引っ張り合う力」のことです。
この万有引力が働いているからこそ、私たち人間は地に足を着けて歩けます。質量のあるものなら何でも引力を持っているということですから、もちろん人間も、身の回りにあるものも、みんな引力を持っているのです。
ただ、地球上では地球が最も大きな引力を持っているため、リンゴが人に引き寄せられてくっつくなんてことは起きません。
質量が大きいものほど強い引力を持ち、距離が開くほど引力の影響は小さくなります。これを証明した数式が「万有引力の法則」です。
重力との違いについて
地球の引力に引きつけられている物質は、地球の自転による「遠心力」の影響も受けています。この二つの力を合わせたものが「重力」です。
地球は南極と北極を通る軸を中心として自転しています。この地球の回転運動により、引力と同時に外向きに引っ張られる力を受けることになるのです。
厳密にいうと、引力と重力はこうした違いがあるのですが、地球の自転による遠心力の影響はそう大きくありません。そのため、地球において引力はほぼ重力とイコールであると考えてよいでしょう。
なお、地球だけではなく、月には月の重力が、太陽には太陽の重力があります。この重力が物質に及ぼす影響を計算する数式が「一般相対性理論」です。
引力、重力を発見した人は誰？
万有引力の法則と相対性理論がなければ、人間は宇宙へ行くことはできなかったでしょう。ひいてはナビゲーションシステムや天気予報など、現代で当たり前に利用されているものが発明されることもなかったのです。
ここでは、この素晴らしい発見によって、文明の発展に大きく貢献した2人の天才について紹介します。
万有引力を提唱した「ニュートン」
万有引力の法則を導き出したのは、17世紀に活躍したイギリスの科学者「アイザック・ニュートン」です。
17世紀には、すでに地球に引力があることや、惑星が太陽の周りを回っていることは知られていました。しかしそれが同じ種類の力によるものであることは誰も知らなかったのです。
「なぜ月は地球に落ちてこないのか」といった素朴な疑問からその謎を解明したニュートンは、まさに天才と呼ぶにふさわしい人物といえるでしょう。
しかし20世紀に入ると、ついにニュートンから最も権威ある物理学者という地位を奪い取る人物が現れます。それが、相対性理論を展開した「アルベルト・アインシュタイン」です。
真の重力理論を完成させた「アインシュタイン」
万有引力の法則はあらゆる天体の軌道をぴたりと算出してきましたが、水星の軌道にだけは適用できませんでした。アインシュタインは相対性理論によって、その謎を鮮やかに解き明かしたのです。
強い重力が働く場所では時空（時間と空間）がゆがむため、太陽に近い水星の軌道はそれを考慮した数式が必要でした。同時に、アインシュタインは引力が発生する理由も理論的に説明したのです。
ただ、相対性理論はとても複雑な数式なので、極めて大きな重力が働かない場所では今でもシンプルな万有引力の法則が使用されます。
引力、重力に関する豆知識
引力や重力は目に見えないため、言葉で説明してもいまいちピンとこないこともあるでしょう。そこで、この見えない力が作用した不思議な現象を三つ紹介します。
潮の満ち引きは月の引力によるもの
海面が時間によって高さを変えるのは、月や太陽の引力によるものです。月は太陽より地球に近いため、潮の満ち引きは「月の引力の影響」を強く受けています。
満潮になるのは月に最も近い海だけではありません。同時に遠心力の影響を受ける真逆にある海も満潮になります。海水が満潮になる場所へ引き寄せられるため、その二つの方向に挟まれた海は干潮となるのです。
緯度によって重力が異なるのは本当？
地球の自転軸に近い南極・北極は遠心力の影響が少ないため、より強い引力がかかって重量が増えます。反対に、遠心力が強くかかる赤道付近では物質は軽くなるのです。
赤道付近と自転軸に近い部分では、10kgあたり5gくらい違うので、体重30kgの子どもなら、29.85kgくらいになるでしょう。
同じ日本でも、緯度が違う北海道と沖縄では、わずかに重量に違いが出ます。もし旅行する機会があれば、重力の違いに思いをはせてみるのも面白いかもしれません。
月の重力は地球の6分の1
宇宙飛行士が月面をフワフワと歩く映像を目にしたことはないでしょうか。浮いてしまうかのように歩くのは、「月の重力が地球の6分の1しかない」からです。
より具体的にいうと、地球で50cm垂直跳びできる人は、月でなら3m飛べるでしょう。
もし人間が木星に行けたとすれば、木星は地球よりはるかに大きな質量があるので、歩くのもしんどいくらい体が重く感じるかもしれません。
身近な不思議を楽しんでみよう
当たり前だと感じていることも、掘り下げて考えてみると不思議なことが多いものです。その謎のいくつかは、過去の偉人によって解明されてきました。
子どもが大きくなると、思いもよらない方向から質問されることもあります。そんなときに分かりやすく、かつ興味深い話を交えて説明してあげられるとよいですね。
文・構成／HugKum編集部
