高校物理、鉛直な斜面に沿っての自由落下運動

図のように、小物体（質量ｍ）を大物体（質量M)に沿って自由落下させるとき、小物体ｍの加速度をax,ay,大物体Mの加速度をAx、Ayとするとき、

運動方程式は、
m(ax)=N
m(ay)=mg
M(Ax)=-N
M(Ay)=Mg-N`

ax=0,Ax=0,Ay=0,N=0となるのはどうしてですか？
Nは２つの物体同士が触れ合っているのだから発生するはずなので、そう考えると、ax=0,Ax=0,というのは納得ができません。また、Ay=0というのもどう考えているのかがわかりません。

質問者からの補足コメント

• 回答ありがとうございます。
  ①N, N' とは何ですか。何によって生じていますか？
  >>Nは物体ｍとMが接触することによって生じた分子間力です。
  N´は物体Mと床の接触によって生じた分子間力です。
  ②物体Mのｙ方向について静止しているので、Ay＝０となるのは納得しているのですが、
  ①で、Nが働くものとすると、Axを持つ、物体mについてもaxを持つと考えられませんか？

  No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2016/07/22 17:31

• 回答ありがとうございます。
  とりあえず「N」ってなんですか? 図にはありますが, 言葉で説明してください
  ＞＞
  Nは物体ｍとMが接触することによって生じた分子間力です

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2016/07/22 17:32

• 回答ありがとうございます。
  そのような複雑な現象が起こっているとは知らず、接触している物体間には必ず分子間力が生じるものだと思っていました。
  分子間に抗力が生じるかどうかはどう判断すべきなのでしょうか？
  （今回のように、互いに物体を押し合うはずがない場合は０というように、常識的に判断するのでしょうか？）

  No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2016/07/22 19:43

No.1 回答者： Tacosan 回答日時： 2016/07/22 15:21

とりあえず「N」ってなんですか? 図にはありますが, 言葉で説明してください.

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2016/07/22 15:34

＞鉛直な斜面

そもそも、現象の正しい認識ができていないようです。

N, N' とは何ですか。何によって生じていますか？

物体Mは落下していないのでしょう？　つまり運動していない。
力が働いても、運動しなければ加速度はゼロです。「運動方程式」の正しい意味を理解できていませんね。

No.3 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/07/22 19:09

>Nは物体ｍとMが接触することによって生じた分子間力

それが0でない理由は?

0以外ならmはそれで弾かれるはず。
そんなの見たこと有りますか?

分子間カは鏡のように磨かれた同士なら
極めて近ずくと吸引力が生じますが、
近づき過ぎれば反発力が勝ちます。
丁度0になる距離も勿論あります。

僅かに隙間が生じれば反発も吸引も
消えてしまいます。

この複雑な状況をよく考えてNを考察してますか？

この状況ではN=0として解くのがもっとも合理的では
ありませんか?

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2016/07/22 20:35

No.2です。

「補足」に書かれたことについて。

＞①N, N' とは何ですか。何によって生じていますか？
>>Nは物体ｍとMが接触することによって生じた分子間力です。

分子間力とは何ですか？　天上から垂れ下がっているものに近づくと、それがくっついたり離れたりしますか？
現実にそのような現象が観察できますか？
現実に起こっていないとすると、どうしてそんなものを仮定するのですか？

もし仮にそのような力があっても、落下方向には影響しませんね。

＞N´は物体Mと床の接触によって生じた分子間力です。

こちらは、普通に考えれば「下向きの重力 Mg」に対する「作用・反作用」としての、床の垂直抗力でしょう。
重力 Mg に対する垂直抗力 -N' を考慮して、運動方程式は
　　Mg - N' = m*Ay = 0
となり、N'=0、Ay=0 であることが分かります。

N については、この N' のような「作用・反作用」も考えられません。

＞②物体Mのｙ方向について静止しているので、Ay＝０となるのは納得しているのですが、
＞①で、Nが働くものとすると、Axを持つ、物体mについてもaxを持つと考えられませんか？

Ay=0 なのは上に書いたとおり。

水平方向については、仮に N という力を仮定しても、小物体には水平方向に運動は発生しないので、運動方程式は
　　N = m*ax = 0
で、
　　N=0, ax=0
ということになります。

同様に、大物体についても、水平方向に運動は発生しないので、運動方程式は
　　-N = M*Ax = 0
より
　　N=0, Ax=0
です。

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2016/07/22 21:21

>分子間に抗力が生じるかどうかはどう判断すべきなのでしょうか？

分子間力のうちファンデルワールス力のような吸引力は極めて
微弱なので、分子がちかづき過ぎると発生する垂直抗力に関してだけ
考えればよいと思います。

最初は坂は鉛直ではなくて少し傾いたものから始めるのが
良いでしょう。垂直抗力は坂に沿って m が移動するのに「必要なだけ」
発生します。非常によくある物理の演習問題です。

なぜ「必要なだけ」になるかよく考えてみてください。
「必要以上」や「必要以下」だったら何が起きるか考えてみれば
わかります。

それが計算できたら、傾きが垂直に近づけたらどうなるかを
考察してみるのが良いと思います。

No.6 回答者： uen_sap 回答日時： 2016/07/24 04:50

分子間力とはミクロの世界で有効な概念です。

目で見える世界で分子間力が効くことはない。
例えば小物体mがバラバラにならないのは、分子間力が働いているからですが、その分子間力の作用する分子間の距離より、Mとｍ間の距離ははるかに大きい・・・分子間力を考慮しなければならない距離よりはるかに大きい。

No.7 回答者： hitokotonusi 回答日時： 2016/07/24 12:47

＞Nは２つの物体同士が触れ合っているのだから発生するはずなので、

接するだけでは発生しません。
目に見えませんが、物体が面を押し込むことで面が元に戻ろうとして働くのが垂直抗力です。
質問の図の場合では接するだけで互いを押す力が存在しないので垂直抗力も働きません。
左のほうから大きな物体を押す力があれば垂直効力が発生します。