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電車、新幹線、飛行機など乗っていると結構揺れますが窓際やテーブルに置いている紙コップや缶コーヒーなどがどうして倒れないのか不思議です。飛行機でドンッって感じの揺れがあった時に一度だけ飲み物をこぼしている人はいましたが。
自分の車とかだとすぐに倒れると思いますが、飛行機や新幹線などは揺れているようで実際はそうでもないのでしょうか?

gooドクター

A 回答 (7件)

>自分の車とかだとすぐに倒れると思いますが



自動車の加速度は電車や飛行機などと全く違うからです。
自動車はかなり急激な加速と急な減速、それに急なカーブを曲がることができます。だから「コップの水をこぼさないように走る」のはかなり大変なのです。

しかし鉄道や飛行機などで自動車と同じことをすれば、まず「ボディー剛性が持たない」です。自動車に比べて非常に大きな空間がありますし、なるべく軽く作っているし、衝突して壊れること、はほとんど考えられていないので、最低限の強度しかないのです。

だから、飛行機は「旋回する時に掛けていい加速度の限界」が決まっていますし、鉄道はそれをレールで制御しています。
たとえば新幹線の最小曲線半径は東海道新幹線で2,500mです。時速200キロ以上のスピードで曲がってコップの水がこぼれないようにするために、大きく曲がるのです。
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乗り物の揺れは大別して、ローリング(前後軸を中心に左右に回転する揺れ)、ピッチング(首を上下に振る揺れ)、ヨーイング(首輪左右に振る揺れ)に分けられます。


で、実際の揺れはこれらが合成された揺れになります。大きく揺れているように思っても成分に分解するとそれほど大きな加速度にはなりません。とはいえ、飛行機のエアポケットや、荒天時に船が三角波を乗り越えて進むときは盛大に揺れます(そんなわけで船では揺れてもこぼれにくいカレーが人気)。

なお、新幹線では500円玉が倒れないビデオがあります。

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問題は揺れの大きさではなく加速度です。

つまり急に動くかどうか。
特に急激な前後方向の加速度が掛からなければコップなどが倒れる危険は少ないです。
飛行機がエアポケットなどに入った場合を除き上下方向の加速度も大きくはありません。

参考まで。
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飛行機は旋回する時、機体が大きく傾きますよね。


新幹線もカーブでは外側のレールが高くなっている(カントと言う)ので車体が傾きます。
ただ、カーブの途中で停車しても車両が転倒しないようカントの傾斜角は限度があります。
不足する傾斜角は、油圧傾斜装置で車体を傾けます。
要するに、飛行機も新幹線も車体を傾ける事で、垂直方向に掛かる力と遠心力を打ち消しているのです。
力学的に言うと、二つの方向に働く重力はその合力の方向に働きます。
ですから、コップの液体もこぼれ難くなるのです。

方や、車が回る時、車体はカーブの内側に傾くどころか構造上外側に傾きます。
そうすると、コップの液体は、まともに遠心力が働きこぼれるのです。
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揺れというのは、加速度の大きさで感じます。


重量が大きな乗り物は外力による大きな加速度を受けにくい、という事です。
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揺れを簡単に分別すると、


1.カーブなどによるGの変化。
2.路面などによる振動
に別れます。

コップが倒れる原因は、ほぼ1です。

飛行機、新幹線は1に対して、気を使っています。航空機であれば、旋回半径、旋回する時の機体の傾きなど、
新幹線であれば、レールの傾斜など。それに対して、車は、気を使ってません。
2に対しても、航空機、新幹線は気を使っています。航空機は気流の乱れたところを避けて飛びます。
新幹線であれば、車体、レールの精度で気を使っています。
それに対し、車は、気を使えないのです。

新幹線では、タバコが1本で立っていられるほど揺れません。よっぽど物の精度、運転が良いのでしょうね。
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上下動が中心で、横Gのかかることが少ないからでは?

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