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機械設計をやっている管理人が
本記事で、以下をわかりやすく解説します。
【高校物理】
乗り物の加減速時に
重力を感じる理由(慣性力補足)
⇩本記事を以下の方におススメです⇩
慣性力が
理解できない
⇩本記事を読むと以下が わかります⇩
慣性力とは
実際にそのような
外力があるわけでは
ありません。
車の加速時、減速時にＧを感じる原因てすが、
その正体は慣性力と呼ばれるものです。
前解説
慣性力によってＧを感じるメカニズムを解説します。
電車に乗っている場合を想定します。
- 電車に乗っている会社員Ａさん
- 電車の外からＡさんを観測しているBさん
それぞれの視点で見てみましょう。
電車の外から観測しているBさんの視点
今、電車が4m/sec²の加速度で発進しました。
発車してから3秒後の事象をみてみます。
3秒後から微小時間⊿tの間
微小時間⊿tをを限りなく0に近づけると
Aさんは4m/sec²×3sec＝12m/secに到達していますが
この時、実はＡさんは12m/secで慣性運動を
しようとしています。
ですが電車自体は加速しています。
つまり、Bさんが目撃しているのは
加速する電車の中では、重力など発生せずに
- Ａさんは慣性運動である等速直線運動を
しようとしている - ですが、電車のシートや背もたれのとの摩擦により
無理矢理加速させられる
つまり、加速する電車に対して
Ａさんは常に慣性運動により
踏みとどまろうとする
という事実です。
外部から重力を掛けられているのではなく
踏みとどまろうしているのはＡさんの
ほうなのです。
つまり、Aさんにとっては電車に対して
常に踏みとどまろうとする状態こそが重力となって
感じる理由ですが．．
Aさんから見た視点とＢさんから見た事実
Bさんからみた以下の事実に対して
つまりは慣性力（重力）などなく、
加速する電車に対して、Aさんが
慣性運動によって踏みとどまろうとする
上記の事実とは関係なく
Aさんはこう思うはずです。
おっ重力を
かんじるぞ
実際に電車が加速する時に物を上に投げると、
加速方向と逆向きに落ちるような物体の挙動もします。
ですが、
これらはすべて慣性運動から引き起こされる
（Ａさんが慣性運動によって踏みとどまろうとしている）
見かけ上の力です。
このことをAさんがBさんに
電車が加速したら
後ろに重力が発生したよ
と言ったらBさんはこう言うでしょう。
いやいや
加速している
電車に対して、
常に踏みとどまろう
としているのは
Ａさんのほうだよ
見かけ上の力：慣性力
慣性力とは、
そのような外力が存在するわけではなく、
加速運動している観測者が感じる
見かけ上の力となります。
外から停止して見ている観測者からは
慣性力という言葉を使わず
極めて論理的に説明ができてしまいます。
ですが、この慣性力は
見かけ上の力と言えど物理学的には
重力と等価と考えてよく
上記例題の場合、Ａさんに掛かる加速度は
電車の加速度と同じ4m/secとなります。
この電車内にあるものは
物体の形状や大きさ 質量に関わらず
全て4m/sec²の加速度が掛かります。
これはちょうど地球上にある物体全てに
物体の形状や大きさ 質量に関わらず
全て9.8m/sec²の加速度が掛かるのに似てますね。
