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棒の先端を直角方向に引いた場合、棒は移動する？
宇宙空間に長さ１ｍの均質な棒が静止しているとします。 棒の先端を棒と直角にゆっくり引いたとします。 その場合棒は重心を中心に回転すると思いますが、重心は移動（加速度運動）するのでしょうか？ 移動しないなら回転が終わり、棒の重心と力の方向が一直線になれば移動するのでしょうか？
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No.2 tanceです。 ＞棒の一方の端だけ引くということです。その場合回転だけなのか、 ＞直線運動（移動）もするのかという質問です。 ですから、回転しながら移動します。 完全な実験は難しいですが、ある平面上の動きに限定すれば、近い実験が 可能です。それは、木片を水に浮かべて端部を引っ張る（押す）実験です。 水面という平面内の運動は重力に無関係なので、この実験で概略は 解ります。水の抵抗が十分小さくなるように、非常にゆっくり動かすことが 必要です。 いずれにしても、引っ張らなかった方の端部は慣性があるので、他端を 引っ張られても、動くまいとします。これにより自然に回転運動が生じます。 （摩擦や粘性がない、無重力かつ真空中でも慣性という一種の抵抗があります） なお、もしも、引っ張り続けた場合は、最後は回転は往復運動になり 全体が移動するだけになるでしょう。最初軸方向と直角に引っ張るので、 回転と移動が起こり、ある程度回転してもまだ引っ張り続けると、 いずれ逆回転の向きに引っ張ることになるので、回転にブレーキがかかり 逆回転し始めます。これが回転が往復運動になると言った動きです。 一瞬引っ張っただけであとフリーにすれば、回転と移動がいつまでも続きます。 シミュレータがあればすぐ解るのですがあいにく持っていません。
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- toteccorp
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宇宙空間には重力も空気抵抗も無いのでは無いですか。 無重力では重心なんてあるのでしょうか。 故意に回転させなければ回らないと思います。 引いた場合、止めるまで直進運動を続けると思いますが。
お礼
回答有難うございます。
- hitokotonusi
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重心(この場合は質量中心のほうがよりふさわしいか？)の並進と重心まわりの回転の両方がおこります。 剛体(質点系)の運動では、重心は、『重心の位置に全質量が集まった質点』に『剛体(質点系)に働いている全ての力(作用点がどこかは問わない)』が作用している場合と同じ運動をします。 なので、棒の向きに関係なく、おなじ方向に同じ大きさの力で引き続ければ、棒全体の質量をＭ、かけた力をＦとして、重心は加速度F/Mの等加速度運動をします。回転運動はちょっと厄介です。 最初に瞬間的に力をかけた場合なら、重心の等速運動と重心まわりの等角速度回転を永久に続けることになります。
お礼
回答有難うございます。 ＞最初に瞬間的に力をかけた場合なら、重心の等速運動と重心まわりの等角速度回転を永久に続けることになります。 等角速度回転だけのような気がします。
- tance
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回転しながら移動するでしょう。 重心の周りに逆向きの力を同時に加えれば回転だけになります。 つまり、この二つの力によって、トルクは足し合わされ、合力はキャンセル されるからです。（ちょと表現がまずいですね。純粋なトルクだけになるわけです）
お礼
回答有難うございます。 ＞重心の周りに逆向きの力を同時に加えれば回転だけになります。 私の質問が言葉足らずでした。 棒の一方の端だけ引くということです。その場合回転だけなのか、直線運動（移動）もするのかという質問です。
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回答有難うございます。 ＞（摩擦や粘性がない、無重力かつ真空中でも慣性という一種の抵抗があります） 力が瞬間的ならば、回転運動だけのような気がします。慣性モーメント等も関係ありそうですね。