急ブレーキで大きな遠心力がかかり脱線？

今日の朝日新聞の夕刊にＪＲ西日本脱線事故の原因として「急ブレーキによる大きい遠心力が脱線の引金になった」とだけ書いてましたが、急ブレーキで遠心力が大きくなる理屈が全くわかりません。

遠心力が大きくなるとひっくり返るのはわかりますが、ブレーキで遠心力が大きくなるのはなぜなんでしょうか？

No.12 回答者： shinkun0114 回答日時： 2005/04/27 10:45

　#8さんの見解がしっくり来ると思います。

●スラックと曲線通過
　参考までに解説図を見つけてきましたのご覧下さい。
http://www.geocities.jp/yoke_4000/img/slack.gif
　鉄道の曲線区間ではレールの幅を少し広げてあります。
これをスラックと呼びます。
　鉄道の車輪は左右が直結です。ディファレンシャルギア
などはありません。しかし、このスラックと、車輪の形状により
レールにあたる部分の車輪の直径が
　カーブ外側車輪の直径　＞　カーブ内側車輪の直径
となることがわかります。
したがって、
　カーブ外側車輪の速度　＞　カーブ内側車輪の速度
となり、カーブをスムーズに曲がることができるのです。

　しかし、これはあくまで車輪がちゃんと回転している場合の
話です。非常ブレーキをかけ、車輪が滑走してしまうと
この効果が失われます。

●結局・・
　これらから推測されることは
・速度超過による過大な遠心力
・非常ブレーキによる車輪の滑走で、スラックの効果が失われる
かと思います。

参考URL：http://www.geocities.jp/yoke_4000/img/slack.gif

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

ああ、なるほど。＃８さんの説明にあったカーブの自動追従は逆にカーブでは２本のレールの距離が違う（外側の方が長い）から必須の構造なんですね。
それが失われると電車はカーブをスムーズに曲がることができなくなる。非常に危険ですね。

お礼日時：2005/04/28 01:24

No.11 回答者： kentarou2333 回答日時： 2005/04/27 10:26

物理での定義は別にして、「遠心力」というのは一般には「中心から遠ざかろうとする力」というように捉えられていると思います。

そのように考えると、報道の内容は「急ブレーキによる大きい中心から遠ざかろうとする力が脱線の引金になった」という形になり理解しやすいものと思います。

また、その力の発生要因は、以前の方も説明されていると思いますが、簡単に言うと、「バランスを崩した」という説明になると思います。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

遠心力が脱線のキーワードであることはわかっているんです。
それまでの直線運動を続けようとする慣性力に逆らって、レールで電車の向きを変える力を起こしてそれに逆らう遠心力を発生させているんですから。

お礼日時：2005/04/28 01:18

No.10 回答者： Teleskope 回答日時： 2005/04/27 07:46

　

　
　遠心力
直進状態では車両の重力はまっすぐ下を向いてますが、カーブでの遠心力との合力ベクトルがレールの外側を向くと車両は横転します。それを防ぐためにカーブ外側のレールを少し高く、内側を少し低くして、重力ベクトルをカーブの内側に寄せてますが、スピード出しすぎによって合力ベクトルが外側レールよりも外に出たのが主原因かも知れませんね。乗客が乗ってる車両の重心の高さなど分からないし軽率な推測計算はできませんが。。。
　
　

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

多数の犠牲者が出ているだけに軽率な計算はできない。
そうかもしれませんね。

お礼日時：2005/04/28 01:14

No.9 回答者： sabian 回答日時： 2005/04/27 07:15

説明するのは難しいですが、減速すれば遠心力は大きくなります。

なぜ、ですが、減速(あるいは加速)する場合に、減速するために力が加わる場所が
円運動の接線であることが大切です。同じ円運動でも、中心から力を得ている場合、
例えば、中心にモーターがあって、腕の先に錘がついている装置などの場合は、
減速しても遠心力が増えるということはありません。
似たようなものに「コリオリの力」があります。
(似てはいますが別物です)
一般的には「遠心力」といいますが、それは見かけの力です。
物理的には「向心力」といいます。遠心力とは向きが逆の力です。
円運動しているから遠心力が発生するのではなく、向心力が働くので
円運動する、と物理では考えます。そのあたりが直感的に理解できると今回の質問も納得できる考え方ができるのですが…。

質問者さんは「なぜ(減速の原因の)力の方向と直角の向きに力(遠心力)が発生するのか？」
という疑問だと思うのですが、するどいです。これをきっかけに物理を好きになってください。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

減速すると接線力が大きくなるんですか？
接線力は電車の駆動力であり直線運動時は減速すれば駆動力は減少すると思っていましたが。

遠心力Ｆ＝ｍｒω＾2＝ｍｖ＾2／ｒ

この式から考えて減速する＝速度が落ちるとなると遠心力（向心力）は減少すると思うのですが。
電車の機構だけでなく等速円運動する物体の速度が小さくなれば、遠心力は大きくなるのですか？
逆のような気がします。

お礼日時：2005/04/28 01:13

No.7 回答者： alsas 回答日時： 2005/04/27 05:39

報道の真意の程は分かりませんが、似たような現象として氷の上を旋回している車がブレーキを踏んだ場合、車輪がロックするとそのまま真っ直ぐに滑り出すのと同じように思えるのですが。

ABSが効いてロックしなければ旋回しながら停止できるのではないかと思うのですが。
滑り出したときの力の合力の求め方にポイントがあるように思います。
今までつり合っていたので旋回していたのが、何かが変化し外向きの力が残ってしまった、何かに比べ大きくなったのではないのかなと。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

うーん、それはタイヤが内側を向いてグリップして向きを変えて円運動をする力（向心力）を起こしていたものが、グリップがなくなって向心力が消えて直線運動するようになったからで、遠心力が増えてどうこうなったのとは違うと思うんですが…。

お礼日時：2005/04/28 00:50

No.6 回答者： x_rr01 回答日時： 2005/04/27 00:46

私も物理をやらなくなってから長いので、不正確かもしれませんが。

遠心力は大きくならないと思います。車輪の青銅を止めることで、電車の回転軸が(鉛直から進行方向に)変わったんだと思います。それで慣性モーメントが小さい向きに力がかかって回ったということではないでしょうか。

朝日に好意的に解釈してあげると、進行方向を軸とする遠心力が強くなったということでしょうか。
多分、記者も編集もまともな理解をせずに、フィーリングで書いていると思いますが。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

眠い頭で書いてますが、電車の回転軸が垂直と言うのは電車がカーブで旋回している様子を示しているのですか？
回転軸が進行方向になるというのは、電車の進行方向に平行に（電車の重心に）回転軸があるということですか？
慣性モーメントは、物体の廻りにくさを決める値だと思います。慣性モーメントが小さくなれば回転しやすくなりますが。

失礼ですが、以下の部分が理解できませんでした。
>車輪の青銅を止めることで、電車の回転軸が
>(鉛直から進行方向に)変わったんだと思います。
>それで慣性モーメントが小さい向きに力がかかって
>回ったということではないでしょうか。

お礼日時：2005/04/28 00:47

No.5 回答者： Ulu_lun 回答日時： 2005/04/27 00:36

バイクや自動車で急ブレーキを踏んでターンをさせるっていうの、見た事ないでしょうか？男の子なら自転車なんかでやった経験ある人も多いと思います。

あれと同じ理屈じゃないかなあと思っています。

今回の事故は営団地下鉄（当時）日比谷線中目黒駅付近で起きた事件のときにいわれた「せりあがり」と似ているとの指摘もあるようです。興味があったらそのあたりも調べて見ると良いかもしれないですね。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

車や自転車は、旋回時の左右のガイドを持っていません。
タイヤのグリップ力で遠心力に抵抗していると思います。
従って、急ブレーキによってグリップ力が失われて例えば前輪を回転軸にして旋回する動きと今回の事故はちょっと違うと思います。

お礼日時：2005/04/28 00:40

No.4 回答者： shinkun0114 回答日時： 2005/04/27 00:36

　朝○新聞の記事は、とりわけこういう事故の場合、

記述がいい加減です。
　急ブレーキも何らかの因果関係があるとは思いますが、
「急ブレーキで遠心力が大きくなる」というのは、
誤った記述と思います。

「大きな遠心力のかかった状態で、車輪がロックした」
あたりが近いように思います

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

そうですか記述がいい加減ですか（笑）
ある意味本当にいい加減かもしれないですね。

お礼日時：2005/04/28 00:27

No.3 回答者： noname#17965 回答日時： 2005/04/27 00:35

テレビで言ってた内容ですが、

　急ブレーキで車輪がロック
→車輪とレールの間に大きな摩擦が発生
→ちょっとした力（ここでは遠心力）で車輪が浮き上がる
→脱線

急ブレーキにより（元々ある）遠心力に負けて脱線したってことではないでしょうか。遠心力が大きくなるってことは無いと思います。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

「摩擦が発生」というのは、車輪のフランジが
レールの側面に押しつけられたという意味ですね？

お礼日時：2005/04/28 00:25

No.2 回答者： Aruku-20030515 回答日時： 2005/04/27 00:29

電車でもそうなのかもしれませんが

急ブレーキは、前後の車重のバランスがくずれます。
また、各車両の重量は違うので挙動が乱れるのは確かだと思います。

でブレーキで遠心力が大きくなるかは不明ですが
力のバランスが崩れますので、台車が浮く可能性はあるとは思います。
つまり、進行方向に進む力が急ブレーキによって
一瞬損なうわけですので、その行き場の無くなった力が
どう逃げるのかだと思います。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

そうなんですよ。急ブレーキで電車の重量バランスが乱れて、例えば後ろの車両に押されるなどで脱線というならわかるんですが。
急ブレーキで遠心力が増加、については、不明ですね。

お礼日時：2005/04/27 01:32