走行中のトラックからボールを射出した時

Question

今、時速１００㎞の等速で電車が走っています。
この電車の中央に、前後にボールを射出できるバッティングマシーンを設置します。
今、時速１００㎞のボールを電車の前後の壁に向かって同時に射出します。
すると、電車内のバッティングマシーンの操者には、両方のボールは前後に時速１００㎞で飛び、それぞれのドアに同時に到達したように見えると思います。
一方、外で見ている人には前に飛んだボールは時速２００㎞のスピードに見え、後ろに飛んだボールはプラスマイナスゼロでバッティングマシーンから真下に床へ落ちるように見えると思います。
でも理論上はこのようになるのでしょうが、電車の中にいる人には後方にもボールが飛んでいるのに、外の人からはそのようには見えなくなるということがよく理解できません。
次に、添付のyoutubeの映像と比較して述べます。
映像は、時速１００㎞で走っているトラックから反対方向に時速１００㎞のボールを射出した時のボールの動きを見るための実験です。
前述の電車をトラックに置き換えて考えてみたいと思います。
トラックは等速で走っているので車上は静止状態と同じだと思います。
そうすると、電車の場合と同様、車上のバッティングマシーンの操者には射出したボールは時速１００㎞で車両後方に飛んで行くように見えると思うのですが、映像では確認できません。
今の事例で、電車とトラックを同一に扱うのは間違っているのでしょうか。
なお、外から見ている人にはボールは垂直に落ちるということは理解できます。
以上ですが、詳しい方のご教示をよろしくお願い致します。

https://www.youtube.com/watch?v=_etQ1mMj8yA&t=399s

syotao · Accepted Answer

主さんの補足のコメントについて検証してみたいと思います：

＜②後段のトラックの事例においてです。
もし、電車とトラックの事例を同一に扱えるとすると、慣性系の違いによりボールの見え方が２通りあるはずです。
１つは外の人から見た場合で、ボールは垂直に落ちました。これは理解できます。
もう１つは、車上のバッティングマシーンの操者には時速１００㎞で後方に飛んで行くボールが見えるのではないかということです。（電車内では後方にもボールは飛びました。）
しかし、この視点からの映像はありませんでした。＞

について
まったくそのように推測しておられるとおりです。
つまり電車とトラックの事例を同一に扱えます。
しかし最後の
＜しかし、この視点からの映像はありませんでした。＞
については動画の4分51秒から55秒の部分を再確認すると
たしかにボールが高速で投げ出されているのがわかります。
（マシーンの上下のドラムの間から投げ出されています）
ただ100ｋｍ/ｈという高速なのでマシーンのそばから見た場合
飛跡が見えないだけのことです。

わかりにくければこう考えたらどうですか？
地上に対して静止している物体は100ｋｍ/ｈで移動している
トラックから見たら同じスぴ－ドで後方に移動するように見えます。
この考えかたから地上にいる人がボールを真下に落としたとしたら
トラックから見た場合、そのボールは水平方向には、やはり100ｋｍ/ｈで
後方に移動します。なので逆に100ｋｍ/ｈでトラックから水平方向後方に
投げ出されたボールは地上からは真下に落ちるように見える
ということです。

つぎに①について
＜もし、バッティングマシーンから前後に時速５０㎞のボールを射出したとすると、車内にいる人にはどちらのボールも前後に５０㎞の速度で飛んで行ったように見えますが、外にいる人には、電車は前に１００㎞の速さで進んでいるので、後方に放たれたボールはバッティングマシーンから出てこなかったように見えると思います。＞
ボールがマシーンから出るという事実は電車の人にとっても地上の人にとっても共通です。動いている人に起こった事実が止まっている人におこらないというはない。
つまり電車の後方から50ｋｍ/ｈで出されたボールは地上から見ても
マシーンから出てくるがその地上から見た速度は水平方向に50ｋｍ/ｈで
向きは。電車の進行方向です。
つまりマシーンから出たボールは水平方向に50ｋｍ/ｈで電車を追いかけながら落下するように地上の人には見えるのです。

yhr2 · Answer

No.5 です。「補足」について。

＞①前段の電車の事例においてです。
＞しかし、外にいる人には、後方に放たれたボールはマシーンから出てすぐに垂直に落下して後方に飛んだようには見えないと思います。
＞外にいる人には、電車は前に１００㎞の速さで進んでいるので、後方に放たれたボールはバッティングマシーンから出てこなかったように見えると思います。

ありえません。
本当にそう思っているのだとしたら、あなたの想像力の間違いです。
地上から見て、バッティングマシン自身は100 km で進み、ボールは静止しているのですよね？　
「ボールはバッティングマシーンから出てこない」ということは、「ボールはバッティングマシーンと一体で 100 km/h で進むように見える」ということですよ？

＞②後段のトラックの事例においてです。
＞もう１つは、車上のバッティングマシーンの操者には時速１００㎞で後方に飛んで行くボールが見えるのではないかということです。（電車内では後方にもボールは飛びました。）

はい、その通りだと思います。

＞しかし、この視点からの映像はありませんでした。

#5 に書いたように、それは「当たり前」「実験の前提」なので映像としては流していないということだと思います。
それが起こっていることは「誰に目にも明らか」で「実験の前提」なので、特に映像で撮影したり流したりしていないだけでしょう。
「容易に想像できる」ので、映像にはしていないだけです。

どうやら、質問者さんは、①の「外にいる人には、後方に放たれたボールはバッティングマシーンから出てこなかったように見える」という「思い込み」に固執して考えていて、客観的な事実を見誤っている（もしくは正しく想像できていない）のだと思います。

yhr2 · Answer

どうやら、あなたはこの実験の趣旨、目的を理解できていないみたいですね。

＞そうすると、電車の場合と同様、車上のバッティングマシーンの操者には射出したボールは時速１００㎞で車両後方に飛んで行くように見えると思うのですが、映像では確認できません。

その実験の目的が、「地上から見てどう見えるか」を確認することだからです。
「トラック上で見れば、ボールは 100 km/h の速さで後ろに飛んでいくように見えるのは当然のこと」として考えているのです。

＞なお、外から見ている人にはボールは垂直に落ちるということは理解できます。

ですから、この実験の目的は
・トラック上に人から見れば、ボールは 100 km/h の速さで後ろに飛んでいくように見える
ことと
・外から見ている人には。ボールは垂直に落ちる（つまり水平方向には速度 0 に見える）
ことが「等価」かどうかを実験しているのです。

＞今の事例で、電車とトラックを同一に扱うのは間違っているのでしょうか。

上に書いたように、当然、電車でもトラックでも同じです。
条件が違ったら実験になりません。

でも、こういう実験は大事なのです。
人間は結構「思い込み」「五感で感じること」で物事を考えますから。
ガリレオの「ピサの斜塔からの自由落下実験」がその典型です。

tknakamuri · Answer

5:55 あたりの映像。球は見事に静止していますよね。

車(バッティングマシン)からみて球が後方に
射出されているのもはっきり映っていますし、
上の写真からも明らかですが
「確認できない」とは？

OnneName · Answer

何を言いたいのか今ひとつ解らない文章ですね。
現象としては電車であろうと自動車であろうと同じですね。

物理的な違いとしてはトラックであれば周囲の空気は静止しているので発射したときの対地速度が0であれば鉛直方向に落ちるが電車のような閉空間ならば空気も電車と同じ速度で動いているので対地速度が0では無くなるので鉛直では無くやや前に落ちるでしょう。

心理的な違いとすれば地上に居る観測者はトラックのような開空間ならば基準を地上に置くので鉛直方向落ちるように見えるが、電車のような閉空間であれば基準を電車に置くので後ろへ飛ぶように見える。
車上の観測者は自分を基準にするのでどちらでも後に飛んで見える。

trajaa · Answer

まぁ車両の速度計100キロには誤差が有りますからね
で、映像を見ましたが地面に落下するまでは、ほぼほぼ制止して落下しましたよね？

『映像では確認できません。』
と言うのが具体的にどういう意味なのか・・・・
動画には、白線よりも後方で射出されてほぼほぼその場に落下する状態が映っていましたけど・・・・

それとも地面に落下してバウンドしてからの動きですか？
アレは、バッティングマシーンの仕組みとして画像で言うと反時計回りの回転を球に加えているからです
その回転をする事でピッチャーからバッターまでの間の起動を安定させます
これは人間が投げるストレートの場合も同じ回転です

けこい · Answer

電車の場合も車の場合も、打ちだされたボールはその場でポトリと落ちるのが確認されます
ただし、電車や車に積まれた射出機は１００キロですっ飛んでいきます

走行中のトラックからボールを射出した時

主さんの補足のコメントについて検証してみたいと思います：

No.5 です。

どうやら、あなたはこの実験の趣旨、目的を理解できていないみたいですね。

5:55 あたりの映像。

何を言いたいのか今ひとつ解らない文章ですね。

まぁ車両の速度計100キロには誤差が有りますからね

電車の場合も車の場合も、打ちだされたボールはその場でポトリと落ちるのが確認されます

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