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慣性力の問題です。 電車内でAさんが質量mの物体を高さhから落下させる状況を...

han********さん

2020/5/1810:48:12

慣性力の問題です。

電車内でAさんが質量mの物体を高さhから落下させる状況を考える。Bさんはそれを外で観測しているとして、次の各問に答えよ。ただし重力加速度をgとする。

(2)電車は

速度vで等速直線運動をしていたが、ある瞬間から加速度aの等加速度運動に切りかえた。等加速度運動に切りかえた瞬間にAさんは手を離し、物体を落下させた。このとき、Bさんからみて物体はAさんが手を離した位置からどれだけ進んで落下したか。

答え。


Bさんから見ると物体には慣性力は働きません。Aさんが手を離した瞬間、物体は速度vをもっており、重力以外の力は何も働かないのでAさんが手を離した位置からvtだけ進んで落下します。


とのことなんですが、なんでBさんから見るとAさんが手を離した瞬間、物体は速度vをもってるんですか?

慣性の法則?突然加速したけど、物体は速度vのままとどまり続けようとする?ってこと?

ところで慣性の法則で考えると、例えば電車のつり革の話で考えると、吊革の持ち手は加速した時に静止し続けようとする(ので傾いている)ってありますけど、加速が続く限りずっと静止し続けようとするんですか?

あと静止し続けるための力ってあるんですか?電車の中から見た時、見かけの力として慣性力が働いてますが、でも外から見た時だって吊革は傾いてますよね?慣性の法則(=そのままの状態でいようとする)があるから、と説明されてますが、そのままの状態でいようとする力ってあるんですか?

混乱してきました。誰か教えてください

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ban********さん

2020/5/1811:18:37

まず一つずつ回答させて頂きます。

> Aさんが手を離した瞬間、物体は速度vをもってるんですか?

まず外部から力が加わらない限りは速度は変わらないという法則があります。物体は手から離れる前、Bから見てvでAとともに進んでいたので手から離れて外力がなくなったのでBから見てvのままです。留まり続けるというよりかは速度は変わらないと考えた方が分かりやすいと思います。

>加速が続く限りずっと静止し続けようとするんですか?
> 外から見た時だって吊革は傾いてますよね?

外力が加わらない限りは速度が変わらないと言いましたが、今回も等加速度運動ということで、電車の速さはどんどん変わり続けているわけです。電車と吊り革に生まれようとする速度の差分だけ電車に引っ張られているので傾いているというわけです。これがBから見たときに傾いている理由です。

静止し続けるというよりそのままの速度でいようとすると考えた方が良いです。
ちなみに見かけの力というのは、等速運動している電車の中で物体を落としても電車の外で物体を落としても同じ動きをするよね、という発想がわからないと理解できません。どんな等速運動している乗り物に乗っていても計算変わらないというのが便利すぎて、乗り物に加速度が加わってしまったときどうすればいいのかを考えた結果見かけの力というのを導入して凌いだと言っても過言ではありません。

質問した人からのコメント

2020/5/25 13:28:29

ありがとうございました

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yok********さん

2020/5/1811:02:06

>慣性の法則?突然加速したけど、物体は速度vのままとどまり続けようとする?ってこと?

もちろん、そういうことです。

>吊革の持ち手は加速した時に静止し続けようとする(ので傾いている)ってありますけど、加速が続く限りずっと静止し続けようとするんですか?

実際は振り子運動をしますが、つりあうところで止めてやれば加速度が一定である限りAさんからは静止して見える、ということです。慣性力が一定ですから当然です。

最後の質問

Aさんは慣性力のために傾いているとみる。

Bさんは加速度運動を持続するために糸から水平分力を受けている、と見るわけです。

一般に「静止し続けるための力」などというものはありません。それは慣性そのものです。

静止していれば合力は0(つりあっている)と見る。この立場からすると、
Aさんは、慣性力を含めてつりあっていると見る。
Bさんは、つりあっていないから加速度運動をしている、と見るのです。

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