動くと安定？ スケート・自転車・コマ

質問

タイトルにあるとおり，動いていると倒れにくくなる現象について，わかりやすい説明はありませんか．
ん十年来の謎です．

コマ等を例えにして「回転すると安定する」という話はよくあります（この時点で既に納得しにくいですが）．
スケート（片足立ち状態）は，現象としては自転車に似ていますが，「回転」ではないと思います．滑っている人がバランスを取って倒れないようにしている部分はあると思いますが，それでも，静止状態よりは動いている状態の方が片足立ちしやすいはずです．
動いているとモーメントが大きくなるということなのでしょうか？（この発言の意味があやしいというレベルの私です）

「回転運動」も，なんとか納得したいところですが，過去にもあるようなので，「片足スケート」メインで回答いただけないでしょうか．
（「慣性だから」はダメですよね＜静止状態を維持しようとするのも慣性）

回答No.5

oruka · ベストアンサー

スケートはその刃が氷面に対して動いていることでコントロール性が生じるのです。（これはスキーも同じです）

スケートの刃は微妙に丸みを帯びているので、垂直からわずかに傾けることで弧を描いて進もうとします。（傾ける角度が大きいほど弧の半径は小さくなる）これを「エッジを立てる」と表現しますね。スキー板にはサイドカーブ（くびれ）があってこれが同じ働きをしています。（上級者はさらに板のたわみも利用します）
弧を描いて進めばスケーターは円運動の遠心力をうけることになりますが、この時体軸を内側に傾けて重心を微妙ににずらすことでちょうどバランスをとっているのです。
具体的には、内側に倒れそうになったらエッジをさらに立て、逆に遠心力で体が外にもっていかれそうになればエッジを緩めという具合です。
スケーターはこのように「刃の傾け具合」と「体軸の傾け具合」を微妙に調節しながら滑っているのです。
刃の真上ぴったりに重心を置き続けるのは不可能ですから、一見ほぼ直進している時でも、右に倒れそうになれば刃を右に倒して回復し、左側ならその逆、という小さななリカバリーを連続して行っているわけです。
止まっていると遠心力は生じませんからこのコントロールはできません。ひたすら体軸のみで重心のバランスをとらなければなりません。初めてスケートを履いたような人もこのコントロールが全くできないので、片足で「進む」なんて、片足で立つのと変わらないか、より不安定になるのは容易に想像できると思います。

半日ですいすい滑れるようになる子供もいるそうですが、こんなことを無意識でできるようになるなんて人間の能力には驚くべきものがありますね。

お礼

スケートは直進ではなかったとは！
はっきり言って驚きです．勉強になりました．

そうすると，速ければ速いほど安定というわけでもないのでしょうね．
コマと同列に思っていた自分が少し恥ずかしいですｗ．

スケートの謎はほかにもありますが，それはまた別の機会でということで…

回答No.4

9766

停止してるときと、動いてるときは
力学的には、力がつりあっていて同じ状態です。
一方は速度が０で、もう一方には速度がある（等速度運動）。
加速したり減速するのは、力に不均衡が生じている。

お礼

同じ状態であるように思えるのに，実際は違うようなのが不思議です．
ところで，フィギュアスケートの選手は止まっていても片足で立ってポーズとか作れるのでしょうかね．
アドバイスありがとうございます．

回答No.3

nanashisan

コマの話は難しいのでおいておきます。ｗ
スケートはご自身で書かれているように「滑っている人がバランスを取って倒れないようにしている」で正解です。
スピードが出ている方がわずかな角度変化でおおきな変化が得られるじゃないですか。

補足

スピード，角度と変化量，重要そうな要素ですね．
話は変わりますが，自転車に乗れるロボットがあるという話を聞いたことがありますが，スケートをする人型ロボットっていうのも，きっと難しいのでしょうね．動物は小さな脳で難しいことを当たり前のようにやったりするので，理論で後付けする方が大変なように思います．
アドバイスありがとうございます．

回答No.2

fuji1

こんにちは。。
確かに、不思議な現象ですよね。

ただ、説明には図が合ったほうが便利なので、検索エンジンで「ジャイロ効果」でさがしてください。
すぐわかると思います。

回答No.1

Wino

静止時には、静止しているので、全方向に均等に移動するちからがかかります。
というか、移動するのに同じだけのエネルギーが必要になります。
が、
移動していると進行方向(？)にちからが発生するので<逆にもですが>
その方向以外に移動するには有る程度以上のエネルギーが必要になります
ので、進行方向以外に行きにくくなり、進行方向に安定しやすくなります
ちなみに、自転車やコマは回転運動をしているので一定方向に遠心力などの力が発生しているので…、あとは、ほぼ一緒です。
ちなみに、コマなど停止時と回転時には相対的質量も変化します。
回転時の方が(回転速度・遠心力などに比例して)重くなります。
重くなればより安定することになります。
画で説明できるとわかりやすいのですがね・・・

補足

さっそくレスありがとうございます．
方向によって動くための力（エネルギー？）が変わってくるという説明ですが，スケートの場合，上下の移動は考えなくてもよいでしょうし，エッジに長さがあるので前後にこけることも考えなくていいかなと思ったのですが…
「進行方向（逆向き？）にちからが発生する」というのは摩擦によるものと考えていいのでしょうか．日常の現象で相対論を持ち出すと余計ややこしくなると思います．ちからが発生する「ので」進行方向以外に動くため必要なエネルギーが大きくなるという理屈もなんとなくわかりません．力はベクトル量でエネルギーはそうじゃないので単純に足し算とかはできないと思っています．
やっぱり図が使えないと辛いですね．