(物理基礎・相対速度) この解説の『Uターン型の等加速度運動となる』と『最も離れたときは、相対速度が

(物理基礎・相対速度)
この解説の『Uターン型の等加速度運動となる』と『最も離れたときは、相対速度が0になる』がどういうことかイメージがつきません。
ボールとかの動きのUターン型(写真の絵に書いたところ)であったら最も離れたところの速度が0になることは分かるのですが、電車と車となるとわけが分からなくなってしまいます( ；∀；)
(写真、解説が上と下に別れてます)

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2020/03/18 12:52

＞『最も離れたときは、相対速度が0になる』がどういうことかイメージがつきません。

先に走っている車は、列車が同じ速さになるまではどんどん先に進んで行きます。
そして、列車の速さの方が大きくなったところから、どんどんと差を縮めていきます。
そういう「時間順に何が起こっていくか」を想像すれば、「一番距離の差が大きくなったときが速さが追いついたとき（同じ速さになったとき）」ということがイメージできますよね？

４コマ漫画でも、アニメでもよいので、時間の進む順番に何が起きるのかを、「動き」「順序」として考えてみてください。確かめるために「図」（漫画）に描いてみることもよいかもしれません。

＞ボールとかの動きのUターン型(写真の絵に書いたところ)であったら最も離れたところの速度が0になることは分かるのですが、

列車に乗っている人からは、その「ボール」のように見えますよ。「速さが追いついたとき」には「速度ゼロ」になったように見えますから。

No.2 ベストアンサー 回答者： masterkoto 回答日時： 2020/03/18 13:19

まずはあなたが実際に列車に乗っているとして、問題の状況をイメージしてください

初速の違いから、時間が経過してもしばらくの間は車のほうが早い状態となります
したがって、当初は列車から見て車は遠ざかっていきます
しかしながら、加速度の違いから、やがて列車のほうが速度が速くなり、そうなると反対に車は近づいてくるように見えることになります

例　t=0・・・先頭車両と車は並んでいる　車の速度v=20,列車の速度w=0
t=1・・・車の速度v=初速＋at=20+1=21,列車の速度w=0+3=3 少し速度差は小さくなったがまだ車のほうが早いので、列車から見て車は遠ざかるように見える
t=9・・・車の速度v＝20+1x9=29,列車の速度w=0+3x9=27 だいぶ速度差は小さくなったがまだ車のほうが早いので、列車から見て車は遠ざかるように見える　
t=10・・・車の速度v＝20+1x10=30,列車の速度w=0+3x10=30 速度差なくなる瞬間で、列車から見て車は遠ざかることも近づくこともないように見える　→ゆえにt=9.999999・・・までは車と列車の距離は離れる一方です！
t=1０以降は　ご自分で計算してもらえばわかりますが、列車の速さが増さりますので、列車から見て車は近づいてくるように見えます
したがって以降、列車と車の距離は近づいてくることになります

このように時間経過とともに速度差が逆転することから、列車から遠ざかるように見えていた車は、やがて反対に列車に近づくように見えるようになることが分かります
「見える」ということは　実際に初めのうち距離は遠ざかり、速度が逆転した瞬間から距離は近づいているのです

この距離の遠ざかり、近づきの切り替わりポイントが　相対速度が０（速度が同じ）になるときで
この瞬間は距離がこれ以上離れることもなければ近づくこともないこともないので、このときの２者の距離より離れることはない・・・距離最大となるのです

ちなみに
「相対加速度」というものを考えると話は簡単です（高校では習わないかもしれませんが、）
列車から見て車の相対加速度は1-3=-2m/s²（この加速度２で近づいてくるように見える）
これはあたかも列車が静止していて、車だけが加速度-2を持っている状況と同じなのです
参考まで

この回答へのお礼

やっとUターン型のイメージができました！
本当に感謝です！

お礼日時：2020/03/18 15:12