おしえて

無動力のカートが下り坂をおりるときに、カートが重いほど早くなりますか？

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質問者：fakarekyo
質問日時：2024/07/19 15:34
回答数：7件

先日、イッテQというテレビ番組を観ていて疑問に思いました。

車輪と椅子だけの自作カートに乗って、坂道をくだってタイムを競うというイベントでした。
出演者もナレーションも、「重りを乗せれば乗せるだけスピードがあがる」と言っていました。
椅子の下に10ｋｇとか20ｋｇとか乗せて、最終的には60ｋｇを乗せていたと思います。
でも、タイムはほとんど向上しませんでした。

「重りを乗せれば乗せるだけスピードがあがる」は正しいですか？
重さは重力加速度に影響しないのではと思いました。

よろしくお願いします。

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回答 (7件)

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No.7

回答者： yhr2
回答日時：2024/07/19 16:39

ガリレオ・ガリレイが、1589年にピサの斜塔で行ったとされる実験ですね。

「重いものほど速く落ちる」とされていたアリストテレスの主張を否定するために実験したもの。
結果は、物体が落下する速さは重さにはよらない。
↓
https://natgeo.nikkeibp.co.jp/nng/article/news/1 …
http://www.interq.or.jp/sun/swing/science.htm
https://lab.goodsmile.info/2020/04/24/%E3%81%82% …

現実には、空気の抵抗とか、カートの車輪の摩擦によって、多少のばらつきは出るでしょうね。

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No.6

回答者： finalbento
回答日時：2024/07/19 16:23

直感的にそう思うようにおもりを乗せれば乗せるほどカートに働く重力は大きくなるのでカートはより強い力で引っ張られるようになります。

ところがおもりを乗せれば乗せるほどカートの質量も増えます。質量とは「加速されにくい度合い」の事ですから、おもりを乗せるほど引っぱる力が強くなった効果がチャラになってしまって「カートのスピードは変わらない」と言う結論になります。

ただしこれはあくまでも空気抵抗等を無視できる理想的な条件の場合です。空気抵抗等によっては「おもりを乗せるほど速い」と言った結果になる可能性もあると思います。

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No.5

回答者： trajaa
回答日時：2024/07/19 16:02

なかなか難しいですね

真空状態であれば、羽根とオモリを同時に落としても落下速度は同一ですが
現実世界では空気抵抗が大きい羽根はゆっくり落ち、空気抵抗が小さいオモリは真っ逆さまに落ちます
※空気抵抗値/重量という観点で比較すると、羽根＞オモリとなる

一方で、車輪や車軸では摩擦抵抗が発生します
摩擦抵抗の方は、重さが増せば抵抗も増します

ですから、摩擦の抵抗と空気抵抗とでは質量によって真逆の影響を受けることになりますので
一概に重いほうが良いのか？軽いほうが良いのか？とは言えないだろうと思います

例えば、トロッコのようなレールの上で優秀な車軸を使った場合にはトロッコの車体によって発生する空気抵抗は重量が０でも100でも大きく変化しません
空気抵抗が同一であれば、重量が大きいほど空気抵抗の影響を受けないのは
『空気抵抗値/重量という観点で比較する』考え方で明らか

ということで、そのカートの構造や形状によって重さが有利に働くかどうかが変わります

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No.4

回答者： angkor_h
回答日時：2024/07/19 15:56

自由落下速度は質量の大きさには関係ない、

と言うのは、真空中のお話しです。

実際の大気中の自由落下速度は、大気の抵抗があるため、
物体の形や密度によって、全く変わってきます。

斜面を下る、車輪と椅子だけの自作カートの場合は、
路面における転がり抵抗、車軸の転がり抵抗、これで速度が制限され、
上下振動によっても、子の抵抗が大きく変化します。
これらの変化を積載物重量によりどれだけ抑えられるか、
これが自作のテクニックとなる競争、となります。