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高速回転する円盤の円周はローレンツ短縮しますか?

剛体の円盤が円の中心を中心として高速で回転するとき、回転することによって直径が変わることは無いと思いますが、円周は静止系から見てローレンツ短縮するのでしょうか? 「しない」が正解だとしたら、何故でしょうか? 「する」が正解だとしたら、直径と円周の関係は変わってしまうのでしょうか?

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  • veryyoung
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回答No.11

No.10の補足欄にいただいたご質問に関してです。 > ・・・・ c-v、c+vも、やっぱりおかしい気がします。c+vがcを超えてしまって良いのでしょうか。 静止系からみた、列車の壁と波頭の接近速度として、これ以外に案がありますか。いわゆる相対論的速度合成にはなりませんよ。むしろそれら導出の出発点にあたる式です。c が上限になるのは観測者に対する速度です。静止系からみて列車の壁と波頭が光速以上で接近するのは正常です。 http://physics.s.chiba-u.ac.jp/~kurasawa/rel.pdf の7頁 http://www14.atwiki.jp/yokkun/pages/110.html http://island.geocities.jp/gendaibuturikyousitu/japanese/3timespace_j.htm のp44 多数決で真偽を示そうという訳ではありませんが、ごく標準的な理論展開です。 > プラットホームの時計は光で合わせるわけには行きませんから、長い時間をかけてゆっくっりプラットホームに配って回らなくてはならないと思います。 プラットホームの時計が光で合わせられない理由は何でしょう。あるいは、プラットホームの全時計を同期できない理由は何でしょうか。あなたの描く相対論は私の理解と大幅に異なっているようです。「見える」しかり「光速普遍性」しかりで、議論がかみ合わないようです。 > 時差のrotの原因を作っているのが重力、ということになるのでしょうか。 No.4で触れましたように、私は、重力は本質では無いと考えます。 なお、表題のご質問に関する私の考えは、No.4の内容が全てで、ここまで訂正はありません。しかし私に誤解が無いとも断言できません。あらためて他の方の意見を募るのもよろしいかと存じます。

el156
質問者

お礼

有り難うございました。最初のリンクの千葉大学の説明は、とてもよくわかりました。よく分っている方から見れば同じ事なのかもしれませんが、ちょっとした事ですぐに躓いてしまいます。7ページにあるようにl-V tA = c tAの変形と考えることで納得しました。慣性系の中での同時(俯瞰)についてもこの資料6ページの鏡を使う方法で納得しました。沢山リンクを挙げて頂いたお陰で自分にとってわかり易い説明を見つけることができました。少し理解が進んだ気がします。表題のオリジナルの質問についてはまだちょっと私には難しいのでもう少しわかるようになってからもう一度考えてみようと思います。長い間有難うございました。

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その他の回答 (11)

  • veryyoung
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回答No.12

No.11にいただいたコメントを拝見し、当該資料6ページを見てみましたが、時計の時刻を合わせるくだりは、以下のように簡略化できそうな気がしました。参考まで。 「 B から発射した光が A に置かれた反射鏡によって往復する時間 T を測定する。A の反射時刻が tA ならば、B に戻った時刻は tB = tA + T / 2 と決定される。」 単にこう記述すれば、物差しや光速測定が不要になります。往路と復路の所要時間一致の仮定がエッセンスです。同期方法が光に限定されることもありません。なお、反射鏡に代わる A の現実的な姿は、呼びかけ信号に対し、同様な信号にタイムスタンプ tA を乗せ即座に返信する装置です。 ちなみに環状列車上では、次のように同期ジレンマが生じます。A と B を点対称の車両位置に置きましょう。信号は列車内を通じて二通りの向きで半周往復します。信号往復の合計所要時間は両者同じです。しかし、前方への往信に対し前方より返信されて来るタイムスタンプ、後方への往信に対し後方より返信されてくるタイムスタンプを比較すると、前者の時刻は後者より進んでいます( A が往信を受け取る順を静止系から俯瞰すれば解ります)。 円周のローレンツ短縮については、静止系から俯瞰した各車両の長さの総合計で代用可能かと思われます。

el156
質問者

お礼

有り難うございました。お礼が遅くなってしまい、申し訳ありません。

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  • veryyoung
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回答No.10

ANo.9の補足欄にいただいたご質問に関してです。 >光速度一定の筈なので、c-v、c+vを持ち出すのはおかしいような気がします。 c-v、c+v は静止系から見た光の波頭と列車の壁が接近する速さです。光速度一定なら、これで良いかと思います。 >この説明で外で電車を見ている人をA君と呼ぶことにすれば、A君は8/5秒後に電車の後ろの壁が光るのを見、8/3秒後に電車の前の壁が光るのを見ますから、・・・・・・ A君よりも光の速さで16 /30秒ぶん、即ち16万kmだけ右にB君がいたとすれば、B君は電車の後ろの壁と前の壁が光るのを同時に見ます。この時B君の立場では後ろの壁と前の壁が同時に光ったということが事実なのか、それともB君にはそう見えるのだが事実は後ろの壁の方が先に光った筈だとB君は「考える」のか、そのあたりの見かけと実体の区別がよくわからないのです。 相対論に限らず、その座標系でどのように記述されるかという意味でも「見える」という語が使用されると思います。相対論の導入部は、ローレンツ変換で各座標間の表記はどう変化するのか、その「見え方」に終始するのが普通で、そこに光学的視覚効果、たとえば「テレル回転」を含める事は稀かと思います。平均的教科書では、静止系で見れば、4/5秒後に電車の後ろの壁が光り、4/3秒後に電車の前の壁が光るように観測される旨の叙述になるでしょう。独立変数としてx, y, z, t を選ぶ事は、静止系のA君もB君も、そしてたまたま、壁が光るのを間近で目撃するかもしれないD君やE君も同じ時刻の腕時計をしているという事です。A,B,C,Dに共通の描写として俯瞰が存在します。視覚の遅延時間を含んだあなたの「見る」では観測者固有になり、他と共通という意味での俯瞰は確かに無理です。 視覚効果としての遅延時間は、単に位置の関数であって、「相対速度」に絡んだものではありません。B君の位置に応じて前後の壁の光る様子の認知時刻は変化するでしょうが、それは「電車が静止していても生じる」現象であって、いわゆる相対論的効果とは別のものです。 壁が光る瞬間は次のように実体化されるでしょう。先頭後尾、壁に到達する光でカメラ2台のシャッタを駆動します。それぞれに対し間近なプラットホームの時計が撮影されます。壁に光があたる瞬間のプラットホームの時刻を想像してください。後尾より先頭の写真の方がプラットホームの時計像は進んでいます。誰もが閲覧できるこの写真、動かぬ証拠という実体だと思いませんか。 >場所が違えば同時性が保証されないはずなのに、この図のように世界を俯瞰で見てしまってよいものか 同時性が場所に依存するのは、相対速度を持つ別の系から見た場合でしょう。また俯瞰の可否は、同時性とは、別の問題のような気がします。時刻傾斜をつけた図を描く事さえ可能なのですから、特殊相対論の範囲では支障は無いのではありませんか。俯瞰性が阻害されるのは、環状列車内部から見た列車全貌のように、非線形が大きな場合ではありませんか。経路依存になってしまっている時刻をどう俯瞰すれば良いのでしょう。丁度、変動磁場下で電位が定義できないような感じだと思います。静電場の電位は俯瞰可能ですが、電磁誘導は経路依存です。電気の経験がお有りのようですので、そのもどかしさは、お解りでしょう。

el156
質問者

お礼

有難うございました。

el156
質問者

補足

ありがとうございます。プラットホームの時計の写真は確かに仰る通りになるように思います。でもこのプラットホームの時計は光で合わせるわけには行きませんから、長い時間をかけてゆっくっりプラットホームに配って回らなくてはならないと思います。そういうことなら電車の中の時計だけ光を使って合わせるのは何だか不公平な気がします。何となく納得できずに悩んでいます。 cat2.edu.kagoshima-u.ac.jpの、c-v、c+vも、やっぱりおかしい気がします。c+vがcを超えてしまって良いのでしょうか。 電磁気の例えは、イメージが掴めたような気がしました。大変助かりました。お察しの通り、私の基盤は電気屋です。時差にrotのような成分があれば、時差が決まっても時刻が決められないということは十分あり得ると思いました。飛躍かもしれませんが、時差のrotの原因を作っているのが重力、ということになるのでしょうか。

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  • veryyoung
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回答No.9

ANo.8の補足欄にいただいたご質問に関してです。 > 中央から前後に発せられた光は何処から見ても同じ速度で前後に進むという所まではわかるのですが、その結果静止系にとって「後尾、先頭の順」でパルスを受け取るなのは何故なのでしょうか? 車両の移動が加わるからです。「同時の相対性」をキーワードに検索すれば多くの解説が見つかります。 http://b.high.hokudai.ac.jp/~konno/soutairon/r23/index.html http://www.geocities.co.jp/technopolis/2061/child_ph/sotai_tokusyu2/ http://cat2.edu.kagoshima-u.ac.jp/Text/public/Physics/relativity/special/thoughtExp/exp2.htm これだけでは、あっさりしすぎているので、同時性の観点から円周の短縮を論じてみましょう。一両の先頭と後尾の静止系から見た時刻差: L' ( 1/(c-v) - 1/(c+v) ) / 2 を環状列車一周の長さに延長すると近似的にΔT = T ( v^2 / c^2 ) になるかと思います(ここで T:列車が周回にかかる時間)。しかし静止系から見て「環状」列車のどこかにΔTの時刻ギャップが集中している訳ではありません。おもしろいのは車掌が懐中時計を携えて全車両を一巡して戻って来ると、列車の時計と懐中時計の食い違いとして、このΔTを観測できる事です(サニャック効果)。懐中時計は列車と同じ系で時を刻んでいますら、静止系から見て後尾に向かうと進み、先頭に向かうと遅れるのですが、環状列車一周後の終点は始点でもあり、そこに二つの異なる時刻が生じてしまいます。この時刻の食い違いは静止系から見ても、列車系から見ても共通に生じる事象、効果です。時刻は経路依存であり、実は列車系全体は同時刻ではなかったのです。進み過ぎた後尾、進み足りない先頭という感覚、ΔTの厚みに車体が拡がれる分、空間的に短くなると言う感覚も、静止系、列車系に共通になります。 急いで書いた割に冒険してみました。誤りが無いとよいですが。。。

el156
質問者

お礼

有難うございました。

el156
質問者

補足

ありがとうございます。リンク先を興味深く読ませて頂きました。3番目のcat2.edu.kagoshima-u.ac.jpは、c-v、c+vの意味が理解できませんでした。光速度一定の筈なので、c-v、c+vを持ち出すのはおかしいような気がします。 2番目のtechnopolisはわかり易く、又、ちょうど私が考えていたような内容でした。この説明で外で電車を見ている人をA君と呼ぶことにすれば、A君は8/5秒後に電車の後ろの壁が光るのを見、8/3秒後に電車の前の壁が光るのを見ますから、A君が後ろの壁が光るのを見てから前の壁が光るのを見るまでの時間は、16/15秒です。ということはA君と同じ慣性系の、A君よりも光の速さで16/30秒ぶん、即ち16万kmだけ右にB君がいたとすれば、B君は電車の後ろの壁と前の壁が光るのを同時に見ます。この時B君の立場では後ろの壁と前の壁が同時に光ったということが事実なのか、それともB君にはそう見えるのだが事実は後ろの壁の方が先に光った筈だとB君は「考える」のか、そのあたりの見かけと実体の区別がよくわからないのです。 1番目のb.high.hokudai.ac.jpの図も、やはりわかり易いのですが、場所が違えば同時性が保証されないはずなのに、この図のように世界を俯瞰で見てしまってよいものか、という所を疑問に思いました。電車の後ろの壁と前の壁が光る時刻の前後関係というのは、議論可能なことなのでしょうか。 車掌の懐中時計の話も大変興味深く読ませて頂きました。後ろの時計が前の時計よりも進んでいるということは、一周したらどうなってしまうのだろう、と、丁度疑問に思っていたところでした。

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回答No.8

ANo.7の補足欄にいただいたご質問に関してです。 > 中央から前後に発せられる光のパルスが、円環軌道を走っている列車のうちの一両の中央から発せられ、その車両の先頭と後尾の時計に[が]同期している時、円環の中心を通る軸上に静止して居る人から見ても、後尾、先頭の順でパルスを受け取ると考えるのでしょうか。 その通りです。まさに相対性理論構築の原点ではありませんか。列車系と静止系、両者に対して共通に光速不変とするには、そうならざるを得ません。ところで文面から多少の混乱が感じられます。「円環の中心を通る軸上に静止して居る人から見て」と書かれていますが、静止系ならどこに居てもかまいません。「見る」に誤解はありませんか。また文末「・・・と考えるのでしょうか」と書いておられますが、パルス到着の順番は条件設定や仮定では無く、実験事実、現実ですよ。とは言っても自身で直接的に測定検証した事は無いのですが。

el156
質問者

お礼

有難うございました。

el156
質問者

補足

ありがとうございます。おっしゃるように混乱しています。 No.6の説明にある基本的な部分で、普通の直線運動をする慣性系でも、列車の中央から前後に発せられる光のパルスの理解ができていないのだと思います。 中央から前後に発せられた光は何処から見ても同じ速度で前後に進むという所まではわかるのですが、その結果静止系にとって「後尾、先頭の順」でパルスを受け取るなのは何故なのでしょうか? No.7文末、「と考えるのでしょうか」は、円環の中心を通る軸上に静止して居る人もそう考えるのか、その人が事実をそう見るのか、という意味で書きました。紛らわしくてすみません。

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回答No.7

ANo.6の補足欄にいただいたご質問: > 軌道の半径がrで回転椅子が角速度ωで回っていれば、止まっている列車は接線方向に速度rωで走っているように見えるのではないでしょうか?それは椅子が止まっていて列車の方が速度rωで走っているのと同じ見えなのではないでしょうか? ・・・に関してです。 観測椅子が回っても、列車が周回していても相対位置関係は当然同じです。しかし物理現象は両者に対して等価ではありません。急加速するバスに立っていればヨロケるでしょうが、バスを座標の原点に据えたからといって、歩道にいる人が代わりにヨロケたりはしません。速度は物体間の「相対的」なものですが、加速度は単独で観測されます。回転の有無も遠心力によって単独的に観測されます。回転椅子が回るのと、列車が周回するのでは、物理効果は異なります。ご提示のローレンツ短縮は特殊相対性理論のものでしょう。使用できるのは、「等速直線運動」あるいは近似できる範囲に限定されます。私は題意の円周に近似的には適応可能だと思いますが、観測椅子を基準に宇宙を回転させる場合には適応できないのではありませんか。 観測椅子の回転と列車の周回が、交代できるなら、そもそも剛体盤のパラドクスは生じないではありませんか。「ローレンツ短縮」は光学的な見かけの物ではありませんよ。実体です。列車の長さが軌道と合わなくなるという事象は、乗員にとっても静止系の観測者にとっても共通です。「見える」のは実体です。脱輪の有無が観測者によって異なるような事があれば、世界が分岐してしまいます。

el156
質問者

お礼

有難うございました。

el156
質問者

補足

ありがとうございます。実体と見かけの違いがまだ理解できておりません。 度々申し訳ありませんが関連追加質問させてください。 No.6で教えて頂いた中央から前後に発せられる光のパルスが、円環軌道を走っている列車のうちの一両の中央から発せられ、その車両の先頭と後尾の時計に同期している時、円環の中心を通る軸上に静止して居る人から見ても、後尾、先頭の順でパルスを受け取ると考えるのでしょうか。その人には先頭の時計と後尾の時計は違って見えるのでしょうか?

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回答No.6

ANo.5の補足欄にいただいたご質問: > 円環の中心で回転椅子のような物に乗って列車と同じ角速度で回転しながら見た場合です。このとき列車は止まって見え、線路は回って見えるのではないでしょうか。線路や列車と同じ平面上にいると脱線したのかどうかが判別できないので、回転椅子が円環の中心で少し高さを持っていても良いです。 ・・・に関してです。 回転椅子で生じるのは網膜上の光学像の移動にすぎません。満月を回転椅子で観察しても楕円にはなりません。オリオン座では無く月を選んだのは、回転椅子の等価周速による幾何学的変形量(実際には生じない)と光学的確認までの遅延時間が適正だと思ったからです。ただし光学的観察は、ローレンツ短縮の議論には含まれていません。短縮は静止系のどこにいる者にも共通の幾何学的変形の実体であって、椅子から光学的に見えるかは問題ではありません。相対論を論じる場合の「見る」という単語の解釈に誤解はありませんか。 ローレンツ短縮は大雑把には次のようなものでしょう。列車の中央から前後に発せられる光のパルスに同期して、先頭と後尾に時計か置いてあります。光速普遍により静止系にとっては後尾、先頭の順でパルスを受け取ると考えられるので、列車基準での過去の先頭と未来の後尾が、静止系に同時存在する事になります。「見えている」というより「存在している」のです。前進が足りない先頭と前進し過ぎた後尾、そう考えれば短縮することが直観できると思います(定量的には不正確ですが)。時間の奥行きの中に列車が転回するので空間方向への写像成分が短くなるという雰囲気でしょう。変化の結果は見かけ上のものでなく、剛性を備えた実体です。光学的観察の効果は含まれません。 異なる観測者にとっての列車内のパルス到達状況の差異が考察の土台です。それは並進相対速度依存です。その場で回転するあなたと、すぐ傍に立つ静止観測者に、相対的周速から期待されるような差異は認められません。例えば非常に長い列車の先頭と後尾からパルスの到着に同期してそれぞれビーコンが出ているとしましょう。円環軌道の中央には受信用の垂直ロッドアンテナがあります。エレメントを握って捻ってもビーコンの前後が入れ替わるような事は有り得ません。 観測者のその場回転では事態は変わりません。では、観測者の任意の動きに対してどうでしょう。ローレンツ短縮量は様々でしょう。しかし車輪とレールが接触しているなら、短縮量が変化しても零が維持されますから、脱輪の有無が観測者に依存する事はありません。 http://okwave.jp/qa/q6998756.html の類似性の件、了解です。導体中の正負電荷、それぞれとの相対速度の僅かな差が電荷密度の違いとして観測されるという話ですね。次のようなパラドクスとして導入され、紹介される事が多いかと思います。電流を通じた直線導体脇に平行に速度vで電荷を放つ。F = q( E + v × B ) によって電荷は径方向に弧を描く。ただし帯電は無く、E = 0。 さて電荷に並走する系で記述すると、v=0で B の効果が失われてしまう。電荷の運動の原因はどう説明されるか・・・。導入部はそんな雰囲気だと思います。

el156
質問者

お礼

有難うございました。

el156
質問者

補足

有難うございます。回答を読ませて頂いて悩んでいます。軌道の半径がrで回転椅子が角速度ωで回っていれば、止まっている列車は接線方向に速度rωで走っているように見えるのではないでしょうか?それは椅子が止まっていて列車の方が速度rωで走っているのと同じ見えなのではないでしょうか?列車内のパルスの説明など、未だ良く理解できていない所も多いので、自分でももう少し考えてみます。

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回答No.5

ANo.4の補足欄の内容に関してです。 > 見る人がもし円環軌道の中心で剛体環状列車と同じ向きに同じ角速度で回転しながら列車とレールを見たとしたら、列車は伸びて軌道が縮み、脱線してしまうように見えないでしょうか? 円環軌道の「中心」でしょうか。視線を動かしても何も光景は、変わらないと思いますが。円軌道の「上」が真意ではありませんか。 「軌道が縮み」と書かれているので、おそらくご興味は、移動体と共に並走する観測者、つまり乗員から見て全体がどう記述されるかにあると、推察いたします。 確かに乗員の列車より軌道は短縮していますが、点対称の位置の列車はどう見えるか想像してください。それを補うように大きく短縮し、一周全長では列車の方が短くなります。 少し乱暴ですが、円軌道は面倒なので、ブルドーザの無限軌道のような形に押しつぶして、辻褄が合うか勘定してみましょう。軌道の直線部分は、さながら複線の様相で、乗員には、すれ違い列車が見えます。乗員がいる方を上りと名づけましょう。上り軌道全長は、√(1- v^2 /c^2 ) 倍になりますが、1 - ( v^2 /c^2 ) / 2 と近似し、1 - ε と書きましょう。乗員にとって上り軌道も下り軌道もεだけ短縮します。そして下り列車の相対速度は 2v ですから、二乗で定まる短縮は、4εになります。上り列車と下り列車の合計長さ、上り軌道下り軌道の合計長さを比較してみましょう。 上下列車長/上下軌道長 = ( 1 - 0 + 1 - 4ε) / ( 1 - ε + 1 - ε) ≒ 1 - ε という風に、静止系からみた結果への一致が得られます。

el156
質問者

お礼

ありがとうございました。

el156
質問者

補足

有難うございます。言葉足らずですみません。No4の補足は円環の中心で回転椅子のような物に乗って列車と同じ角速度で回転しながら見た場合です。このとき列車は止まって見え、線路は回って見えるのではないでしょうか。線路や列車と同じ平面上にいると脱線したのかどうかが判別できないので、回転椅子が円環の中心で少し高さを持っていても良いです。 今回頂いた回答の後半は、以前、リンク先のNo.15で同じようなを質問をして長さの合計が変化しないことを計算したことがあります。 http://oshiete.goo.ne.jp/qa/6998756.html

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  • veryyoung
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回答No.4

円周はローレンツ短縮するでしょう。したがって静止している剛体盤は回転できませんし、すでに回転しているなら速度を変えられません。一方、回転速度の変化を認めれば剛体が否定されます。・・・ そんなふうかと思いますが、いかがでしょう。  エーレンフェストのパラドクス: http://en.wikipedia.org/wiki/Ehrenfest_paradox No.1の補足欄に書かれた「円環状の移動体が円環状の軌道の上を高速で回っているとした場合」について、移動体が剛体で、かつ連結されているなら、例えば静止から動き出したら脱線です。あるいは動けないかの選択です。連結されていなければ隙間が生じます。ある一定速度用に移動体の長さを調整すれば連結状態で安定して周回できますが、長さの調整を怠って速度を変えると大惨事です。なお、視点によってズレが生じる旨の考察をされていますが、軌道(レール)と移動体(車輪)の接触点は同一の時空を共有していて、この「接触」は、どの観測者にとっても共通です。観測者が異なっても、接触/脱輪のような異なる様相が観測される事があってはなりません。 周速度に関し、ローレンツ短縮だけで議論は良いのか、ひょっとすると遠心力(重力)の効果を組み入れれば、短縮分は修復される可能性が・・・とお考えかもしれません。しかし、周の短縮は (v/c)^2 依存であり、これに対し、遠心力は v^2 / R の形です。円環を大きくすれば重力効果の比率は任意に軽減できます。つまり一般相対論を導入してもパラドクスは解消されないように思えます。また、車体材料として、その音速すなわち、√(ヤング率/密度) が光速に一致するものを選択すると、遠心力起源の円環張力による伸びとローレンツ短縮が丁度バランスするようですが、これも時空の歪みとは別の現象だと思います。 剛体概念は、並進運動に関して支障を及ぼしませんが、回転運動とは相容れないということではありませんか。不可解な点があればご指摘ください。

el156
質問者

お礼

ありがとうございました。

el156
質問者

補足

有難うございます。 ちょっとわかったような気がしてきましたが、よく考えてみたらひとつ疑問が残りました。 剛体環状列車が速度に合わせて長さを調整されて円環軌道上を回っているとします。 この時見る人がもし円環軌道の中心で剛体環状列車と同じ向きに同じ角速度で回転しながら列車とレールを見たとしたら、 列車は伸びて軌道が縮み、脱線してしまうように見えないでしょうか?

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回答No.3

No.1 補足にかんする回答ですが 円輪の半径は静止系でも回転系でも同じです。 但し、円輪を無回転から徐々に加速してゆくと 半径は小さくなってゆきます。これは歪んだ空間では 円周に必要な長さが、2πr より「大きく」なるからです。 この両者は矛盾ではないことに注意してください。

el156
質問者

補足

有難うございます。シンプルですがとても難解で苦労しています。 No.3回答前半は、視点が変わっても円輪の半径は変わらないという意味で宜しいでしょうか? No.1の回答と合わせると、半径は変わらないが円周は縮むということになりますか? それともNo.3回答前半はあくまで視点が回転している場合の説明で、No.1の回答は円輪が回転する場合になるので後半の場合の方に当たるのでしょうか? No.3回答後半は、視点が変わった場合の話ではなくて、移動体が止まっている状態から高速回転の状態に変化した時、その前後での変化についておっしゃっているという理解で宜しいでしょうか?ここで円周に必要な長さというのは、移動体から見た長さなのでしょうか、それとも静止系から見た長さなのでしょうか。それは例えばNo.1の補足で挙げさせていただいた「軌道」に当たるものなのでしょうか?軌道から外れないように半径の方が調整されるというような考え方なのでしょうか?

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noname#146820
noname#146820
回答No.2

高速回転で物体が変形してしまうのなら、3万回転仕様のNC旋盤で加工すら出来ません。 そもそも次世代エネルギー炉が回転するなんて初耳です。

el156
質問者

お礼

御回答有難うございます。質問の意図は現物としての円板についてではなくて、周速が相対論的な速度になる場合の思考実験に関するものでした。質問の仕方が紛らわしくて申し訳ありませんでした。

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  • 回転する円盤、摩擦の向きと摩擦のする仕事。なぜ

    こんにちは、現在一点質問させて頂いておりますが、もう一点お伺いしたい ことがありどうか宜しくお願いします。 回転する円盤にかかる摩擦力についての質問です。 図のように水平面を回転する円盤があり、その上端にはある質量の物体(緑色) が載っているとします。円盤は滑らずに回転しています。 今、円盤が私たちからみて反時計回りに回っている場合、 (1)円盤「が」、床「から」、受ける摩擦力の向きは、左右どちらでしょうか。 滑らずに、とあるため、静止摩擦力が働いており、その向きは左向きと思いま す(そして同時に円盤は床に摩擦力を与え、その向きは右と考えて います)。けれども、何となくそう思うだけで、明確な理由が分かりません。 右向きなのかと言われたら、そうかも知れないと思ってしまうくらい、理由がはっきりしません。 もしかしたら、円盤の回転方向だけではどうにも分からないことなのでしょうか。 (2)また、円盤「が」、物体(緑色)「から」受ける摩擦力はどうでしょうか。 これは右向きと思います。しかしながあら、上と同じく、明確な理由がありません。 どうかお教え下さい。 (3)さらに、もともとも問題は添付の図の最下段のような状況でして、 静止状態にあった緑色の物体が、10Nの力で左に引っ張られています。 円盤の重さ、半径、物体の重さが与えられており、2.5秒後の緑色物体の速度 を求めよ、という問題です。 模範解答では、10Nの力がした仕事 = 運動エネルギーの変化(物体と円盤の線速度 、円盤の回転運動) という式を立てて解いており、(1)(2)で挙げた摩擦の仕事が入っていません。 なぜ、摩擦のした仕事は負でも正でもなく、ゼロなのでしょうか。 物体の進行方向と同じ向きまたは正反対の向きに力をもち、その物体はある距離進んで いれば、正または負の仕事をすることになると思うのです。ところが、摩擦のした仕事は なく、外力(10N)がした仕事だけで解いています。まったく分からず、悩んでおります。 基本的なことと思いますが、どうにも分かりません。 どうか、ヒントだけでも頂きたく、宜しくお願い致します。

  • 円周について

    テレビの何かの番組で言っていたのですが、答えは聞かないままでした。判らなくて気になります。お教えください。  2つの同心円を描きます。それぞれの下部に接線を水平に引きます。そこで2つの同心円を1回転させます。つまり、車のタイヤとホイールの関係を考えてください。 はじめの接点から1回転したあとの接点の距離はそれぞれの円の円周となるはずです。ところがホイルの方の円は小さいのでタイヤの円周より短くあるべきなのに1回転した点から点の長さは同じ長さの平行線です。これはどう考えればよいのでしょうか。数学の苦手な私に判るようにお願いします。

  • 物理学質点剛体の問題です

    解き方がわかりません教えてください 中心を通る鉛直軸の周りに半径rの円盤(質量は無視)の一つの直径の両端に質量Mの人Aと質量mの人Bがいて、始めは円盤と人Aと人Bは静止していたものとする。次に人Bだけが円周に沿って動きAの所まで来たとすると、この間に円盤は接地面に対してどれだけ角度が回転したか求めよ。(円盤と接地面との摩擦は無視)

  • 回転運動の謎 基準はどこに? 相対性はどうなる?

    運動しているかしていないかは、どこを基準に取るかで変わります。 視点がどこにあるかで変わります。 それゆえに、運動は相対的なものであると考えられているようです。 並進運動の場合、静止している物体Aから見て速度vで運動している物体をBとすると、 物体Bから見れば、自分は静止していて、物体AがAから見えるBの運動方向とは逆方向に速度vで運動しているように観測されます。 これは、基準点をどこに取るかで、運動速度が反対向きに見えたり、止まっているか動いているかの立場が変わってしまうことからですね。 しかし、どちらの視点を採用するにしても、相手が等速直線運動をしていることには変わりません。 ところが、回転運動のような加速度を伴った運動の場合はどうなのでしょう? 回転する円盤Cと同じ回転軸上で、同一平面上に、もう一つの円盤Dがあるとします。 両者の間には摩擦力や風圧などは一切作用しないものとします。 今、円盤Dは静止していて、円盤Cが角速度ωで回転している場合を考えます。 それぞれの円盤に人が乗っている(互いにぶつかったり、他の円盤の影響を受けないとして)場合、円盤Cに乗っている人は、遠心力を感じ、円盤の外側へ向けて弾き飛ばされるような力を受けます。 しかし、円盤Dに乗っている人は、何の力も感じません。 ここでとても不思議に思うのですが、回転している円盤C上の人から見れば、円盤Dが角速度ωで回転しているように見えるはずです。 ならば、円盤Dに乗っている人が遠心力で弾き飛ばされそうになっているのを観測できそうに思うのですが、実際にはそうはなりません。 これはなぜなのでしょう? 今まで、他の質問サイトなどでも質問したのですが、遠心力は本当の力ではなく、慣性力だから問題ないなどといった回答しか得られず、全く納得できませんでした。 そもそも、回転運動の基準とは、どこにあるのでしょう? 本当に円盤Dが静止してい基準になるのでしょうか? 静止しているように見えて、実は宇宙のどこかの星の周りを回っている中で、たまたまある星と回転軸を同じくして回っている可能性だってあるでしょう。 宇宙にはこれだけたくさんの星があるのだから、そのうちのたったひとつと一緒に回っていても不思議はありません。 並進運動の場合は、単純に立場が変われば、お互い反対方向に動いているように見えるだけで、その他は何も変わりませんでした。 しかし、回転運動の場合は、一方だけが遠心力を感じ、他方は感じなかったりします。 回転運動も、相対的なものではないのでしょうか? 円盤Cと円盤Dの関係は、相対的な物ではないのでしょうか? 更に要約すると、何を以って、回転しているか回転していないかを判断すればよいのでしょう? 宇宙のどこかに絶対的な基準点が存在するのでしょうか? それゆえに、自分が回って、自分以外の宇宙全体は静止している場合と、自分だけが静止していて、自分以外の宇宙だけが自分を中心に回転している場合は、何が違うのだろうかといつも悩むのです? 実際に自分が回転すれば自分だけが遠心力を感じ、自分以外の宇宙が自分を中心に中心から遠ざかる方向に飛ばされていくようなことにはなっていませんが、これはなぜなんでしょう? それとも、回転運動を相対的なものだと考えること自体が間違っているのでしょうか? ならば、どこが間違っているのでしょう?

このQ&Aのポイント
  • 空き家の解体費用が全然無いが、倒壊の危険性が高まっています。
  • 地域の治安の問題や不法投棄されたゴミのため、空き家の解体は容易ではありません。
  • 金を掛けずに処分する方法がない場合、空き家の放置は危険です。
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