物理の気球の問題で質問があります。 速さ9.8m/sで上昇している気球の上から小物...

nametakahiro1128さん

これは、すべて相対運動の考え方が
からんでくる問題です。
例えば最初の問題。
ある物体１から見た２の速さV[12]は、
地上から見た物体１、２の速さを
それぞれV[1]、V[2]とおくと
V[12]=V[2]-V[1]
この公式を使えば、気球の上から離したので
気球を物体１、小物を２とおけば
「気球の上から小物を静かに放した」とあることから
気球からみた小物の初速は0です。
よって、V[12]=0=V[2]-V[1]
気球は速さ9,8[m/s]で上昇しているので、
V[1]=9,8
よって、V[2]=9,8
つまり、地上からみた小物の初速は9,8[m/s]です。
これが-9,8であったら鉛直下向きですが、
9,8なので鉛直上向きです。

要するに、ある運動する物体を動いている観測者
と動いていない観測者が観察すると、両者では
異なる結果が観測されるということです。
例えば自転車に乗って相手を追い越すとき。
相手は自分から見て後ろに「遠ざかっていく」、言い換えれば
「相手は自分の後ろに向かって運動している」ように見えますよね？
これは、先の公式でV[1]=10[m/s]、V[2]=5[m/s]とすれば
（自分は速さ10[m/s]で速さ5[m/s]の相手を追い越すという意味）
V[12]=5-10=-5
答えが負になって出てきたので、相手は5[m/s]で後ろに遠ざかって見えます。


次の問題は、例えば気球が動いているのかもわからない
くらいの大きい気球だとしたら（実際問題文には気球の大きさ
までの指定がないので、まあ軽く北海道くらいの大きさとしましょう。）
小球を投げあげて一番高くあがるのは観測者である自分から
見て小球が空中で一瞬止まったときですよね？つまり観測者である
自分（気球）を先の公式の物体１とし、小球を物体２とおけば、
V[12]が0、V[1]=4,9なのでV[12]=0となるとき、V[2]=4,9です。
14,7というのも、「地上からみた小球の初速」ということです。
「小球を気球に対して」というのは「気球から見て小球を」という意味です。
「小球を気球に対して速さ9,8[m/s]で投げ上げたので、
V[12]=9,8=V[2]-V[1]=V[2]-4,9
V[2]=14,7
つまり、小球を投げ上げたときの地上から見たときの小球の初速は14,7[m/s]です。
物理の記述問題なら、この公式を使って文を書いておけばそれなりに点はもらえるでしょう。