打ち出された球はなぜ元の台に戻るのか？

質問

等速で動いている台車から、台車に乗っている玉を真上に打ち出すと動いている台に再び戻るんですけど、なぜこうなるんですか？

回答No.7

eporo500 · ベストアンサー

(1)等速で動いている台車の上にいる状態＋(2)玉を真上に打ち出すとどうなるか　　の２点を切り離して考えればよいと思います。

　(1)については、まっすぐな直線上を等速で走る電車の中にいる状態と同じですね。この時電車が時速２０キロで走っている時と２００キロで走っている時とで何か違いはあるでしょうか。実は速度の大小に関係なく静かに本を読んだり眠ったりする事も出来ますね。等速状態が保たれていれば、重力で床方向に力を受ける以外にはどの方向にも力を受けることなく安定しており、静かにしていられるのです。そんな事は無いと思いますか？確かに電車の中で本を読んだりすると酔ってしまったりしますね。それは実はカーブを曲がっていたとか、加速していたとかブレーキを掛けていたとか、何かしらの速度の変化が生じている（等速でなくなった状態になった→加速度の変化があった）からなのです。
　あなたは電車の中で進行方向を向いているとします。電車が加速すれば後ろに引っ張られるような力を受けます。体が持っていかれそうになるので、立っていれば踏ん張り、座っていればイスに体が押し付けられます。あなたは安定を失い、その力が大きければ静かにしている事が出来なくなります。電車が減速すればこの逆の力を受けます。電車が左右どちらかのカーブに差し掛かるとその逆の方向に体が持っていかれそうになります。

　このように加速度の変化を受けると、その逆の方向に体が持っていかれそうになるので、電車内の同じ場所にとどまっているには踏ん張る力が必要になります。もし踏ん張らないとすれば、体は動いてしまいます。
　電車内の平らな床の上に置かれた玉ならば、玉は力を受けた時に踏ん張ったりしないので加速度を受けると転がっていきます。逆に加速度を受けない限りは静かに動かないで一点に止まっています。

　ここで(2)を考えます。玉は踏ん張る事が出来ません。玉を真上に打ち出した後、玉が宙に浮いている間に電車に加速度が働くと、まっすぐ打ち上げた位置に戻ってくる事は出来ません。逆に、電車に加速度が働かない限りは、まっすぐ打ち上げた場所に戻ってくるのです。

回答No.6

nuf

chirubouさん，すみません。
正直言って，読んでませんでした。
完全にカブリですね。
誠に申し訳ございません。

chirubouさんとojisan7さんのご説明の
とおりですよ。

質問の打ち出された球はなぜ元の台に戻るのか？
は，空気があるから，不思議なんです。
空気が無いと考えれば簡単なことです。

回答No.5

nuf

ojisan7さんのご説明，感服至極です。

地球まわってるのに風も無いような部屋の中で，
球を真上に投げたら，手元に戻ってくるだろ？

という意味で受け取りました。

それでも地球は回っていますから。

回答No.4

ojisan7

力学ぬきで、考えてみましょう。あなたが等速直線運動をしている台車に乗っているものとします。しかし、その台車は箱形で窓はありませんから、あなたには、この台車が動いていることが感じられません。あなたは、この台車は静止しているものと思っています。この状態で、あなたが、玉を真上に投げ上げれば、当然、玉は同じ場所に再び戻ります。もし、戻らなければ、かえって、あなたは、不思議に思うことでしょう。「なぜこうなるんですか？」と。

回答No.3

chirubou

台車に（電車の方が分かり易いかな）あなたが実際に乗っていると想像してみましょう。理想的な電車で揺れが全くないとすると、窓が閉まっていた場合、あまたは動いているかどうかは分からないですよね。ですから（ちょっと飛躍があるけど）電車が止まっていてもいなくても、玉を上の放り投げても同じところに戻ってくることになります。

今度は大きく考えてみましょう。地球は太陽の回りを回っていまし、自転もしています。なのに貴方は止まっていると信じて、玉を上に投げて同じところに戻ってくると思っています。

電車の話に戻って、今度は電車の外から玉があがるのを見たとすると、玉は上にあがったつもり（これは電車上の視点）でも、外から見ると進行方向に向かって斜めに上がって見えるでしょう。

お分かりいただけたでしょうか？

回答No.2

tnt

これは誰でも最初に思う疑問ですね。

動いている台車から打ち出されたわけですから
その球は最初から動いて居るんです。
上に行こうが下に行こうが、
もともと横に動いていることを忘れないで下さい。

わかりにくければ、
等速で動いている台車と平行して走っている
テレビカメラを想像してみて下さい。
これももともと横に動いています。

テレビカメラには、上に行って下に行く球が写ります。
でも、動いていない人からは
横に飛ぶ球が見えます。

回答No.1

chimaki-t

動いている電車の中で飛びはねてみましょう。
それと同じです。