電車の中でジャンプをすると… ちょくちょく目にする質問になりますがすみません。ここでは空気抵抗は無視

電車の中でジャンプをすると…
ちょくちょく目にする質問になりますがすみません。ここでは空気抵抗は無視してください。
等速運動で走っている電車でジャンプをした時に着地した所は元の場所になるのかどうかで友人と議論をしています。友人はジャンプして宙に浮いている間は電車のスピードから全く切り離されていると考えられるからジャンプしている時間が長い程、ジャンプした地点から後ろに着地するはずだと。仮にとてつもない跳躍力を持つ者がいた場合、とある電車が駅を出発して等速運動になってから隣駅まで到着までの間ジャンプしてずっと地面から離れていても隣駅まで着くことになってしまうのか？と。私は理論上そう思うと答えるのですがそれを実験などで証明してみせる術が分かりません。どなたか実験方法や説明でも構いませんので私の代わりに友人を納得させてあげる方法を教えてほしいのです。よろしくお願いします。

No.11 回答者： fakeflake 回答日時： 2018/06/04 10:07

空気抵抗を無視すれば、速度を落とす要因がありませんので、いくら高くジャンプしようと同じ結果です。

逆に通常は空気抵抗があるから、ジャンプすると電車からの運動エネルギーが供給されなくなり、慣性力だけになって空気抵抗で徐々に速度が落ちていきます。

これが垂直じゃなくて水平だともう少しわかりやすいかも。電車の窓から外をめがけてボールを投げると、空気抵抗がなければボールは遠ざかるけど、投げた人間から見て正面に位置したままです。でも空気抵抗があると速度が落ちるから、投げた人間から見ればだんだん電車の後ろの方へ移動して見えます。

けっきょく慣性の法則ってのは、動いているものの速度を上げるにも落とすにも何らかの力が必要であるってことです。実世界で速度を落とす要因は摩擦力です。空気抵抗も摩擦の一種であるとも考えられます。

No.10 回答者： masterkoto 回答日時： 2018/05/31 14:05

簡単な例があります。

それは電車のつり革です。
電車が等速直線運動しているとき、つり革は鉛直に垂れ下がっているはず。
これは、つり革が電車から水平方向に力を受けていない証拠ですよね。
（電車から水平方向に力を力を受ければ、つり革は斜めになるはずです。：発進やブレーキをかけた時つり革が電車から水平方向に引っ張られる状態を思い浮かべてみればわかるはず。）

電車から水平方向の力を受けていないのに、つり革は電車と一体となって動いています。
これが慣性の法則ですね！

このつり革はひもで吊るされていますが、この紐を一瞬にして消し去ればつり革はどこに落ちるか想像してください。
吊るされていた位置の真下の床に落ちるはず。

つり革の代わりに人間がジャンプしても同じこと。時間とともに床からの高さは変化しますが、元の床の直上からずれることはなく
やがて、元の床の位置に着地するはず。
これも、（水平方向に対する）慣性ですね！

要するに水平方向だけで考えれば、等速直線運動のとき電車に対して一体となって（同じ速度で）運動することは
つり革も、乗客も同じ
電車の床に対して、（その高さは変わっても）つり革も、乗客も位置が変わることはないという事が、上記の例から分かると思います。

No.9 回答者： GOMΛFU 回答日時： 2018/05/30 20:01

等速度で走っていた電車がジャンプしたときに空気抵抗がなくなったら当然電車は加速し始めるので着地地点は後ろになることになります。

No.8 回答者： syotao 回答日時： 2018/05/30 15:22

物体には慣性つまりそのときの速度を保とうとする性質があります。

そのために等速度で動いていた電車が急ブレーキをふんだとき体がだけがブレ－キをかける前の
電車の速度を保とうとして電車の進行方向につんのめるのです。
だから
電車と同じ等速度で動く人がジャンプで上へとびあがっても、その人の速度の水平成分は0になるわけ
ではなくて電車の速度を保っています。
それでジャンプしても飛び上がった位置にまたもどってくる。
･････
って説明したらどうですか？

実験はNo.1さんが言うように軽いころがりにくいお手玉のような物を上へ投げ上げれば
また手元にもどるのを確認できます。

No.7 回答者： fxq11011 回答日時： 2018/05/30 14:49

電車のスピードから全く切り離されていると考えられるからジャンプしている時間が長い程、ジャンプした地点から後ろに着地するはずだと

＞と、いうことはジャンプした人は何かの抵抗を受けると言うことですね、どんな抵抗か質問してみれば。
※党則直線運動と慣性。
抵抗となる成分を無視して考える限り、同じ運動を永遠と続けようとするのが慣性です。
ジャンプした瞬間電車も加速も減速もしなじぇれば、条件は全く同じです。
ただし、空気抵抗だけの除外では、電車の場合走行抵抗がありますね、電源切りブレーキも使用しなければ、結果はむしろ逆になる可能性すらあります

No.6 回答者： ヒートホーク 回答日時： 2018/05/30 13:27

＞友人はジャンプして宙に浮いている間は電車のスピードから全く切り離されていると考えられるから

この前提が間違っていますから、答えは出ませんよ(^_^;

電車が100km/hで走っていたら、その中の人間も100km/hで走ってることになるので、垂直にジャンプすれば、着地点は鉛直に落ちた場所、即ちもとのジャンプした場所に戻ります。

No.5 回答者： masterkoto 回答日時： 2018/05/30 13:17

乗客が、電車が等速直線運動になってから床に対して垂直にジャンプするのであれば、

乗客はジャンプする前と同じ地点に着地するはず。
なぜならば、電車と乗客は一体となり同じ速度で運動しているから、水平方向に影響を与えないような力（床に対して垂直ジャンプ）が加わっても、電車に対する乗客の水平位置は変わらない。

実際に電車でジャンプできれば良いのだが、他者の迷惑だし、危険もあるのでやってはいけない。
そこで、野球場などで、１ｓｔベースから真っ直ぐ３ｒｄベースに全力疾走しながら、ピッチャーマウンド付近でホームベースに向かってボールを投げるということをしてみては？
→このときマウンドでホーム方向にボールを投げれば、人の運動方向とボールの投げ出し方向が垂直になるので、電車での垂直ジャンプに状況が少し似ています。そして、全力疾走しながら、ピッチャーマウンド付近でホームベースに向かってボールを投げるとホームよりそれて、3塁ベンチ側にボールは飛んでいくはず。理想的な条件下ならば、ボールの速度成分のうち、投げ手と同じ方向の成分は、投げ手の速度とピッタリ一致するはずです。）
これで人間とボールの速度が一体となっていることを体感できるかも？

この投げ手の運動方向と、ボールの投げ出し方向の関係を電車でのジャンプに当てはめれば上記の事が納得できるかも＾＾

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2018/05/30 13:15

電車どころか、地球自体が自転していて、日本の緯度付近（東京で北緯35°ぐらい）では地球の中心に対して約 1400 km/h で地面が動いていますよ。

これに、太陽の周りの「公転」も入れるともっと複雑。

要するに「同じ速さで動いている上に乗っていれば、止まっているのと同じ」ということです。

No.3 回答者： tknakamuri 回答日時： 2018/05/30 12:23

新幹線で試して見れば?

彼が正しければ、軽くジャンプするだけで数十m後方に着地
するとになるから、走り幅跳びの世界新記録が作れる(^-^;

No.2 回答者： ryo_ky 回答日時： 2018/05/30 12:19

その友人の理屈を考えると，あくまで相対的な運動の話になりますが，地球は自転している訳でとんでもなく跳躍すると東の空に飛んでいく事になりませんか？

または時速100kmの電車の中で進行方向に向かって時速100kmの玉を投げると電車に乗っている観測者からはボールが空中に静止している様に見えますか？

そんな事はないですよね？

実験的に考えるなら走っている車の上で急ブレーキを掛けた時にどういう風に動くのか（前に飛び出しますよね？）．
下りのエレベータの中でジャンプするとすごい勢いで天井に頭を打ち付けるのか．

実際には等速運動というのは起こらないので加速度による影響はありますので，理屈通りにはいかない点もあると思いますが，ある運動をしている物体上で何かしらの運動をすれば検証できると思いますよ．