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慣性の法則と映画２０１２に関連した質問です。
慣性の法則と映画２０１２に関連した質問です。 ２０１２という映画の中で、滑走路すれすれで飛んでいる飛行機のハッチバックが空き、そこに積んであった車が次々と滑走路に転げ落ちていくシーンがあるのですが、私の友人は、慣性の法則があるから、車は飛行機が進むのと同じ方向に転がるはずなのに、逆方向に転げ落ちているからおかしいといっています。私は映画を観ていて違和感を感じないのですが、慣性の法則に従ったら、車は飛行機と同じ進行方向に転がっていくのでしょうか？ 教えてください。
- morinokumasan5
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- 物理学
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ご友人の指摘通りです。 あの飛行機は高翼でしたから軍用で、旅客機よりは着陸速度が低いとは思いますが、それでも時速200-250Km/hは出ています。捨てられた車は特に加速していませんでしたから、機体に対する速度はせいぜい数十キロでしょうから、機外に放り出された状態では、その差の速度(約200Km/h)で前方に進みます。 脱出に使った自動車はその後、機内で加速していますが、それでも100Km/h以上の速度で前方に進んでおり、地上に落ちた段階(車体としては後ろ向きに着地)では、車輪は飛行機と反対の方向に進もうと高速で回転しています。あの映画では着地地点は雪原でしたが、それでも、時速100キロ以上での急ブレーキになるわけで、通常は急激にバランスを失ってスピンしたり横転するというのがありそうな状況です。 というか、ローランド・エメリッヒの映画に科学的裏付けを期待しちゃいけませんや、お客さん
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- magicalpass
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#3です 問題は飛行機から転がり落ちるじゃなくて、落ちた後の転がり方ですか。 普通に飛行機から落ちただけなら、車が滑走路に落ちた後は慣性に従って飛行機と同じ方向に進みます。ただし、落ちる前に車が床面の傾斜に沿って重力落下運動を続けていた場合は話は別です。 車は床面に沿って移動する間、重力（の床面に対する水平成分）によって等加速度運動を行います。その後は床面の先端に達した時の速度を初速度として自由落下になります。この時の初速度の（地上に対する）水平成分は滑走路に落ちた後も保持されます。 つまり、床面の先端で飛行機から離れた時の床面落下による速度の水平成分が、落下を始めた時の飛行機の速度の水平成分に比べて大きければ、滑走路に落ちた後の車は飛行機とは逆向きに転がります。 これが成立するのは、飛行機の速度が十分小さく、床面の移動距離が十分な後方への加速を得られるほどの長さと傾斜角を持ってることですね。車がハッチの近くになった場合はそのような加速が得られる可能性は低いので、落ちても飛行機と同じ方向に転がります。 飛行機が十分大きくて、車がハッチよりずっと遠くにあった場合は落ちるまでにそれなりの加速が得られるとすると、車は飛行機とは逆向きに転がります。（現実的にあり得るかどうかは定かではありませんが）
お礼
詳しく教えてくださって、ありがとうございました。勉強になりました。
- magicalpass
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飛行機内に積んである車にかかる力をすべて考える必要があります。 (1)慣性力 飛行機が等速運動（静止状態を含む）をしているなら、その状態を維持しようと慣性力が働きます。 (2)飛行機の加速力（減速力） 飛行機がエンジン噴射で加速している、あるいはブレーキや障害物等で減速しているなら、それに応じた加速力、減速力（負の加速力）が働きます。 (3)重力 飛行機上にあろうが地球の重力は常に働いています。 (4)床面との摩擦力 車にかかる重力の床面との垂直成分と、タイヤと床との摩擦係数によって働きます。同じ作用方向なら車輪がブレーキ状態で最大。車輪がニュートラル状態で作用方向と車輪の回転方向が一致する場合、事実上の床と車との摩擦力は極めて小さくなります。 車輪がニュートラルじゃなくても摩擦力は接触断面積の大きさに依存するので、タイヤのように接触部分が極めて小さくなるようなものの場合、摩擦力は（キャタピラを付けた重機等に比べて）あまり大きくありません。ま、そのあたりはゴムの摩擦係数の大きさで補ってるわけですが。 ちなみに、車が飛行機と一体化して運動することで慣性力が働くのは(4)の摩擦力に依存します。摩擦力が小さい場合は車は飛行機が動き始めた時点で静止状態であり続けようとしますから（静止状態の慣性力）、別途、格納庫の扉などで塞がれていない場合は車は飛行機の後ろに落ちます。 飛行機が加減速する場合、車がその運動に付いていくのは摩擦力しだいであり、摩擦力が無ければ車は別個に慣性力に従います。つまり、加減速する前の状態にとどまろうとします。この時、飛行機から見ると車には飛行機の加速力と逆方向の力が働いているように見えます。いわゆる反動です。飛行機が加速しているなら車は後方に、減速しているなら車は前方に動きます。 飛行機の床面の傾斜によっては重力も無視できません。重力の床面に対する垂直成分は摩擦力として働きますが、床面に対する水平方向の成分は車を動かす力として働きます。これが摩擦力を上回れば、車は移動を始めます。 ハッチが閉じた状態では車は飛行機と一体化して運動しているので、その時点の運動速度による慣性力は働いているものと見なせます。その時点で車に新たな力が働かなければ飛行機の上に留まっているはずです。そうでない場合は以上に見たような力が車に働いているものと考えられます。 ・飛行機の加減速に対する反動力 継続的な力である必要はありません。瞬間的にエンジンをふかした。あるいは旋回運動によって運動方向が変化した場合にも反動力は発生します。 ・飛行機の傾斜による重力落下 要するに飛行機が傾いた場合、一定以上の傾斜になれば転がっていくということです。 いずれの場合も、床面と車との摩擦力に比べてその力が大きくなった時に、その方向に車は転がり始めます。床面にある程度の後ろへの傾斜があり、飛行機が少しでも加速状態にあるなら、ハッチが開いたとたんに車が後方に転がり落ちていくというのは必ずしも不自然ではありません。
- chie65536（@chie65535）
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＞慣性の法則に従ったら、車は飛行機と同じ進行方向に転がっていくのでしょうか？ そうなる筈です。 車 飛行機→→→ －－－地面－－－ と言う状態は、飛行機から見れば 車 飛行機 ←←←地面←←← のように、地面が後ろに向かって遠ざかります。 車が地面に接触した瞬間、摩擦により、車の下側は地面が後ろに遠ざかるのと同じ向きに力がかかります。 慣性により車は飛行機と同じ方向に進もうとしますから、車の上側は飛行機と同じ向きに進もうとします。 つまり、下図のようになります。 → 車 ← ←←←地面←←← この状態を「地面から見る」と → ↑車↓ ⇒の方に転がる 飛行機⇒⇒⇒ ← －－－地面－－－ となります。 従って「飛行機と同じ方向に転がる筈」です。
お礼
わかりやすい回答ありがとうございました。参考になりました。
- debukuro
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前後に傾斜していないのならどちらにも転がらずに飛行機と一体になって飛び続けます あなただって東向きに自転している地球上で西に転がらずに地球と一体になって自転しているでしょう
補足
御回答ありがとうございます。 残念ながらその映画のシーンを詳しく思い出せないので、ハッチバックの中が傾斜しているかどうかわからないのですが、もし、傾斜があったとして、車がハッチバックからでたときは、滑走路の上をどちらの方向に向かって転げ落ちるのでしょうか？
お礼
疑問が解けました。とても参考になりました。御回答ありがとうございました。