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No.3
- 回答日時:
このときの棒は、重量バランスをとるためというよりは、「慣性モーメント」の大きい「回転しにくいもの」として使っています。
身体が傾きそうになったら、「棒を傾ける」のではなく「回転しにくい棒によって身体の回転を止める」方向に回すことにより、身体の傾きを元に戻すのです。棒を、まさに「つっかえ棒」として使うのです。
身体の回転中心が「足先」であれば、身体が右に傾いたら、身体を戻すためには棒を右に押して体を左に回転させます。
質問者さんが回転運動に関する「慣性モーメント」の知識をお持ちかどうかわかりませんが、質量 M(kg) で長さ L(m) の棒の慣性モーメントは
I = ML^2 /12
ですから、M=6 kg, L=20m とすると
I = 200 (kg・m^2)
これを軽業師が 0.8 m の高さで横に持った時の慣性モーメントは、「平行軸の定理」から
Ib = 200 + 6(kg) * 0.8(m)^2 = 203.84 (kg・m^2)
軽業師自身を「質量 60kg、身長 1.6 m の棒」とみなせば、その「足先」を中心とした回転運動の慣性モーメントは
Ik = 60(kg) * 1.6(m)^2 /12 + 60(kg) * 0.8(m)^2 = 51.2 (kg・m^2)
なので、棒を持つことにより、身体だけよりも「約5倍程度回転しにくくなる」(回転加速度が小さくなる)ということです。
(実際には、軽業師の足元が「固定」した回転運動ではないので正確ではありませんが、定性的にはこんなことが言える、ということです)
物理的に言えば、「質量が均等な棒」よりも、質量が先端に「おもり」として付いた棒の方が、そしてできるだけ長い棒の方が、おもりは重い方が、慣性モーメントを大きくする効果、つまり「回転を止める支えになる棒」としての効果があります。
秋田の夏祭りである「竿灯」では、提灯を付けた竿が長ければ長いほど、提灯が先の方に多くついているほど、倒れにくいのです。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%AB%BF%E7%87%88
慣性モーメントに関してはこんなサイトを参考に。
http://www.buturigaku.net/main01/RigidBody/Rigid …
http://eman-physics.net/dynamics/angular.html
なお、分かったような話を書きましたが、とても私にはできません・・・。
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