光・音と慣性の法則

Question

光・音と慣性の法則

光や音は慣性の法則と何か関係はありますか？？

kagakusuki · Accepted Answer

慣性の法則とは、
「物体に力が働いていない場合、静止している物体は静止し続け、運動している物体は等速直線運動をする」
というものですから、物体ではない光は直接的には関係しないと思います。

　一方、音は空気を始めとする、音を伝える"物体"の振動ですから、慣性の法則が関係します。
　例えば、太鼓を叩くと太鼓に張られた膜が振動します。
　太鼓の皮は、叩かれた瞬間に凹みますが、皮の張力で元の平面状の形に戻ろうとして、太鼓の外側に向かって動き始めます。
　しかし、皮が元の平面状になっても、慣性の法則により、皮は同じ方向に向かって動き続けるため、皮は外側に出っ張ってしまいます。
　するとまたもや張力の働きで、皮は太鼓の内側に向かって動き始め、慣性の法則で平面を通り過ぎて、凹んでしまいます。
　この様な事が繰り返されて、太鼓の皮は振動します。
　振動する太鼓の皮の周囲の空気は、太鼓の皮が凹む時、皮が凹む事で生じた空隙に流れ込もうとしますが、皮から少し離れた所の空気は、慣性の法則により静止し続けるため、太鼓の皮の表面近くの空気は、膨張して圧力が低くなります。
　この低圧になった空間に隣接した所に存在する空気は、少し遅れて、低圧になった処に流れ込もうとしますから、太鼓の皮の表面近くの空気の圧力が高くなり、隣接した所の圧力は低くなります。
　この様にして、低圧の空間は太鼓から離れてみ行きからます。
　これとは逆に、太鼓の皮が外側に向かって動く場合には、空気の圧力が高い空間が生じ、やはり太鼓から離れて行きます。
　この様に、圧力の低い部分と高い部分が、交互に伝わって行くのが音というものですから、慣性の法則も関係していると、言えると思います。

grothendieck · Answer

そもそも「すべての慣性系において光速は一定である」（逆に言えば、非慣性系においては光速は一定ではない）というのがアインシュタインの相対性理論の基本のキ、イロハのイです。「慣性系において光速は一定」は古典的なマイケルソン=モーレーの実験のほか、もはや常識とも言えないくらい基本的なことですので、「非慣性系において光速は一定でない」のかについて考えましょう。重力レンズ効果は実際に観測されており、これは非慣性系（重力）の下では光速は一定ではないことを示しています。
http://cosmos.phys.sci.ehime-u.ac.jp/~tani/Cosmos/PressRelease/lensing.html
それだけではありません。「非慣性系というだけで何もない所から光が発生する！」のです。
http://www.statemaster.com/encyclopedia/Unruh-effect
このUnruh effectは物理学で最も興味深い現象の一つかと思います。慣性力の起源はUnruh効果という説もあるようです。もしそうならマクロに見える量子効果ということになります。

-ok · Answer

ニュートンが提唱した慣性の法則は、現在では運動量保存則へと一般化され、その一部として理解することができると思います。

光も運動量を持ちますから、運動量保存則は光にも適用され、何ものとも相互作用しない光は同じ運動量で飛び続けます。その意味で、光も慣性の法則と関係があります。

光の運動量が物質との相互作用によって変化する例としては、コンプトン散乱があげられます。参考↓
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%97%E3%83%88%E3%83%B3%E5%8A%B9%E6%9E%9C

音も運動量を持つので同様です。参考↓
http://ci.nii.ac.jp/naid/110003187668

debukuro · Answer

光や音は物質ではなく状態なので慣性はありません

光・音と慣性の法則

慣性の法則とは、

そもそも「すべての慣性系において光速は一定である」（逆に言えば、非慣性系においては光速は一定ではない）というのがアインシュタインの相対性理論の基本のキ、イロハのイです。

ニュートンが提唱した慣性の法則は、現在では運動量保存則へと一般化され、その一部として理解することができると思います。

光や音は物質ではなく状態なので慣性はありません

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