遠心力はなぜ、どういう時に起きるのか・・・メカニズムを簡単に教えてください。中2の子供に分かるように教えていただくと嬉しいです。よろしくお願いします。

A 回答 (9件)

 例えば乗り物を考えてみてはいかがでしょうか?



「ある人がある駅から電車に乗り込みました。その電車は席がいっぱいで、その人は座れず、立っていることにしました。その電車が発車するとき、電車の進行方向を前とすると、その人は後ろへと体が引っ張られました。」
 よくありますよね、こういうこと。でも、なぜ体は後ろへと引っ張られるんでしょうか。
 それは「物体は静止、または等速直線運動を続けたがる」という自然法則によるものなんです。ですから、電車は前に進みますが、車内の人はその場所に居続けようとします。その結果、電車の中から見れば、相対的にその人は後ろへ移動させられたわけです。
 つまり、その人は、摩擦によって足と電車の床がくっついているために足は前へと電車に持っていかれてしまったのですが、その一方で体はおいていかれていたので、体が後ろへと引っ張られたように感じたのです。
 もしこの時、足と床の間に摩擦がなければ、その人は後ろへとツーっと滑っていくでしょう。

 前置きが長くなってしまいましたが、遠心力も同じようなことがいえます。
 ただ、この場合、電車は前へ動くのではなく、横に動くんです。話が難しく感じるのは、この時、電車が真横ではなく、緩やかにカーブを描いて動くからです。
 ここで、仮に電車が等速直線運動の後、進行方向を前として左に曲がるとすると、電車は当然、左方向に動かなくてはなりません。
 この時、車内の人は、ずっと今まで電車とともに等速直線運動をしていました。ところが、電車だけが左へと動いてしまいました。ですから、電車の床とくっついている足は左へ持っていかれ、等速直線運動を続けたい体はそのカーブの接線方向へと進みます。その結果、電車の中から見ると、体は外側へと放り出される感じがするのです。
 この時も摩擦がなければもちろん、外側に滑って張り付いてしまいます。

 以上が経験的に感じる遠心力の説明ですが、見ればわかるように遠心"力"といっても力がかかっているわけではないんです。これが「見かけ上の力」といわれる所以です。
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<ミステリー>



円軌道をぐるぐると高速走行中の電車のドアが急に開いた!!!
危ないっ、と周囲の人が言うまもなく、ドアそばにたある人が「あっ」という感じで
ゆっくりとスローモーションのように、外へ放り出されていった.
幸いにも、周囲は芝生で怪我は無かったという.(あーよかったね)

外から(ヘリで上から)見ていた観察者がいた.
中から(ドアのすぐそばで)見ていた観察者がいた.
この二人の観察者に聞いた.
被害者はどっちにとんだか.

(外のリポーター(ヘリ)の観察証言)
「接線方向に飛」びました.偶然上から見ていたのですが、キレイに、接線方向に、直線にとんだ軌跡が見えたので、確かです.

(中のリポータの観察証言)
「遠心方向に飛び」ました. このドアが急に開き、被害者がゆっくりふっとんでいって大地に着地するまで、このぽっかりあいたドアから私たちは、彼の姿がまるでスローモーションのようにずっと見ていたのです. 遠心方向にとんだことは確かです.なぜなら、遠心方向に飛んだのでなかったら、このドア枠からはすぐ見えなくなるはずでしょう?

どちらが正しいか?真実は一つのはず!!どっちが偽証しているのか!

答え、両方正しい.

これは、動いている(※)観察者からみるのと、それ以外の世界から見るのと、で、同じものでも違う記述となりうる例.

どちらも偽証ではなかった!!真実は一つ、とか単純に信じ込んで、ひとを疑ってはいけない例.

遠心力というのは、外から見る限り、そんなもの、どこにもない!のだが、内から見ると、あるように思いたい、というかあると思わないと、なぜ被害者が(誰もぜんぜん押していないのに!)遠心方向に飛んでったのか、説明がつかない(ように見える). 

※(厳密に言うと等速直線運動以外という意味)
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出来るだけわかりやすくと言うことなので、次のような例を用いてはいかがでしょうか?



例えば、何も軌道を制限するものがない状態でビー球のようなボールを転がすとボールはまっすぐに転がろうとします。これをどちらかの方向へ曲げようとすれば、横から力を加えなければなりませんね、円運動と言うのはいつでも連続して向きをかえ続ける運動ですから、いつでも内側に向かって力を加え続けなければなりません。遠心力(向心力)とは、まっすぐ動こうとする物体を、中心に向けて無理やり引っ張っている力だと言うことです。スピードが速いほどまっすぐ進もうとする力が強いので、強く内側にひっぱてやらないと円運動を続けられなくなり、まっすぐに近い方向に進んでいってしまいます。急カーブで自動車がスリップするのは引っ張る力よりまっすぐに進もうとする地下のほうが大きくなるからです。バケツに入れた水を振り回してもこぼれないのも、バケツが手の力で中心に引っ張られているので、中の水が外に行こうとしても、底があるので出られずに底に張り付いてしまっているからです。ためしにバケツを振り回しておき、ある地点で底を抜いたら中の水は、その位置から円の接線方向にまっすぐ飛んでいくはずです。
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Q:遠心力は、どういう時に、起きるのか.



A:遠心力は、どういう時にも、起きない. 

しかし起きるとしたほうが計算が楽な時がある. 起きるとしたほうが、気持ちが落ち着く時もある.

円運動をする乗り物に乗っていて、かつ、その乗り物が円運動をしていると思わないタイプの生物(人間含む)だと、乗り物はこっちにいくのに、自分の体は見えないけれど感じられる力に押されているかのようにあっちに行こうとする、という現象に遭遇したとき、不思議だと思う. 

不思議だと、思うところが、人間というかこの生物の判断の独自性がある. ここで不思議だと思わず、ははぁ、この乗り物はたぶん、なんか等速直線運動「以外」のことをしているな、と判断する生物もいてもいい.

一方、円運動をする乗り物に乗っていて、かつ、その乗り物が円運動をしているとちゃんと外部高所の心眼で見えるタイプの生物だと、乗り物はこっちにいくのに、自分の体はあっちに行こうとする、という現象に遭遇したとき、不思議に思わない. 自分の体は等速直線運動しようとしているだけだ、と解るから. こういうとき、遠心力という説明原理は、消滅する. 
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 なかなかユニークな回答が来ていますネ!


回転運動で、初めて、遠心力が考えられますが、その遠心力が他の力と違うのが分かりにくくしています。質問者のmyu4603さんもそのことでなやんでおられるのでしょう? 物体にヒモをつけて円運動をさせるとき、その中心から見ると、その物体にはヒモから中心向きに引っ張られています、また、その物体はヒモを通して中心に外向きへと力が働いています。これは作用・反作用の法則です。
 これを立場を変えて物体に乗って考えて見ましょう。この物体にはヒモがついていて中心向きへ力が働いています。これと釣り合うような力を考えると、丁度作用・反作用の法則が成り立ちます。このように、この物体の上でも作用・反作用の法則が成り立つように考えたほうが都合がよいわけです。
 最初の中心に座標を固定して考えるのが慣性系です。物体の上に座標を固定して考えるのは非慣性系です。座標系の違いで見かけの力(遠心力)が出てきます。見かけの力ですが、つぎのような場合を考えてみましょう、車輪がバランスが取れていないときは、軸受けが遠心力で削られることがあるようです。この遠心力は物(軸受け)を削りますから実在の力のようです。
 見かけの力にはこれ以外にもコリオリの力が有名です。
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はじめまして。



実は遠心力というものは存在しないのです。
バケツに水を入れて振り回すとそこに力が発生しますね。
でも、あれは遠心力が発生しているのではないのです。
ここがちょっと一般の考え方と違うのですが、物理では向心力といいます。
回転している物体は、回転している方向の接線方向に進もうとします。
それを内側(内向き)に引っ張る力が向心力です。

ちょっと説明しずらいので、簡単にまとめてしまいます。
(かなり嘘っぽいことを書きますが、原理的にはあっているはずです。)
まず、時計方向に回転している物体があるとします。
そこで、12時の方向にきた時に手を離します。
そうすると、物体は3時の方向にとんでいきます。
上でお話したように、物体は回転の接線方向にとんでいきますからね。
12時の方向に離したのに、3時の方向に飛んでいくのはそのためです。
ですから、物体の回転を続けさせるためには、
中心に向かって引っ張りつづける必要があります。
コレが向心力(遠心力)の正体です。

いい図がなかったのですが、とりあえず参考URLへどうぞ。

参考URL:http://www2.odn.ne.jp/~aaq98250/hmpage05.htm
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 遠心力は、回転している物体に働きます。



物質は、外部から力を与えられなければ、本来、静止しているか、同じ速度でまっすぐ進んでいます。(慣性の法則)

 回転運動するということは、まっすぐ進む運動に対し、別の力が加えられているためです。

 例えば、消しゴムを糸で縛り、くるくる回すことができます。
糸を持った手を離すと、消しゴムはまっすぐに飛んでいきます。

 くるくる回っているときは、糸を通じて、まっすぐ進まないように「力」を加えていたわけです。

 物質に力を加えると、物体から力を受けます。(作用・反作用の法則)
壁を殴ると痛いのは、殴った衝撃を拳も受けているということと同じです。

 回転体の場合、糸で引っ張っている指の力は、同時に、指もまた消しゴムに引っ張られていることになります。(ハンマー投げで、ハンマーを回しているうちに、人もハンマーに引っ張られたりしますし) この消しゴムが指に与えている力が遠心力で、指が消しゴムに与えている力が向心力と呼ばれる力です。

 という回答でいかがでしょうか?
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この回答へのお礼

早々の回答・・・本当に有り難うございます。分かりやすくて助かりました。

お礼日時:2001/05/09 22:49

 はじめまして、理科の問題はなかなか理解しにくいですネ?


たとえば、自動車でカーブにさしかかると、中に乗っている人は外側へと傾きます、この時に働く力が遠心力です。また、このとき自動車のタイヤには路面からカーブの内側へと力が働きます、これが求心力(向心力)です。
 一般に、円運動している物体に、乗っているとに働く見掛け上の力が遠心力です。また、その物体には中心向きへ働く力が求心力です。
 また、後でレスしたいと思います。
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この回答へのお礼

回答、有り難うございます。感覚では何となく分かっていても言葉で説明するのは難しいですね。でも、わかりやすくて助かりました。

お礼日時:2001/05/09 23:05

ほかに何も力が加わらないとき、


運動している物体は、その運動を続けようとします。

さて、この運動というのは必ず直線運動となります。
なぜなら、曲がる為には新たな力を必要とするからです。

さて、遠心力は円運動をしているときに生じます。
円運動では、その物体は本当は直進したいのに、円形に運動を
させられるわけです。
で、この直進→円形へと、運動方向を変える為の力が
必要になります。これがたとえば(天体の)月にとっては
地球の重力になります。
この重力と釣り合う反対向きの力を便宜的に考え出したのが
遠心力です。
ですから、極論すれば、本当はこんな力は存在しないとも言えます。
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この回答へのお礼

回答有り難うございます。う~ん。奥が深そうですね~。

お礼日時:2001/05/09 23:06

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今だって、2人目以降の子供だったら、妊娠中にも、上の子をだっこしたり、プロレスしたりしてますよ。私も下の子妊娠中に、上の幼稚園児(17キロ)を抱き上げたりしてました。
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観測者からみた慣性力の向きは物体の位置における遠心方向にはなりません。
遠心力はあくまでその物体の位置で観測した場合の慣性力を意味します。


観測者の位置と物体の位置が異なる場合でも慣性力を用いて式を立てることは可能です。
ただ、その場合、慣性力の向きが常に変化するため式が煩雑になります。
それでも慣性力を使って相対加速度を求めても問題はありません。

具体的に説明します。

x-y平面状で原点を中心として反時計回りに回転する円形テーブル上の物体について考えて見ます。

観測者が(1,0),物体が(0,1)にいるときの物体の動きを観測者から見たときの状況を考えて見ます。

物体には中心方向つまりy軸の負の方向に向心力が働いています。
また、観測者は中心向きの加速度、つまりx軸の負の方向に加速度を持って運動していますので、慣性力がx軸の正の向きに働いているように観測します。

つまり、観測者は物体がy軸の負の方向に働く力(たとえばテーブルとの摩擦力)とx軸の正の方向に働く慣性力を受けていると見てしまいます。
これら二つの力の大きさは等しいため、観測者から見て物体は(1,-1)の方向に向心力の√2倍の力を受けていると観測するのです。

実際に式でそれを確認してみましょう。
物体の質量をm,回転の角速度をωとすると、時刻tにおける観測者、物体の位置は次のように表せます。

観測者の位置:(cosωt,sinωt)
物体の位置:(-sinωt,cosωt)

物体の位置ベクトルから観測者の位置ベクトルを引くと相対位置ベクトルが得られる。
観測者から見た物体の相対位置:(-sinωt-cosωt,cosωt-sinωt)

相対位置ベクトルと時間で微分すると相対速度ベクトルが得られる。
観測者から見た物体の相対速度;(-ωcosωt+ωsinωt,-ωsinωt-ωcosωt)

さらに、時間で微分すると相対化速度ベクトルが得られる。
観測者から見た物体の相対加速度:(ω^2sinωt+ω^2cosωt,-ω^2cosωt+ω^2sinωt)

実際にt=0を入れてみると、観測者(1,0),物体(0,1)の時の相対加速度が得られる。
(ω^2,-ω^2)=(1,-1)×ω^2
となり、物体の相対加速度の向きは(1,-1)の方向になり、その大きさは|(ω^2,-ω-2)|=(√2)ω^2となり、向心力加速度ω^2の√2倍になります。
この結論は、観測者から観測される慣性力と向心力の和から得られた結果と一致します。

観測者からみた慣性力の向きは物体の位置における遠心方向にはなりません。
遠心力はあくまでその物体の位置で観測した場合の慣性力を意味します。


観測者の位置と物体の位置が異なる場合でも慣性力を用いて式を立てることは可能です。
ただ、その場合、慣性力の向きが常に変化するため式が煩雑になります。
それでも慣性力を使って相対加速度を求めても問題はありません。

具体的に説明します。

x-y平面状で原点を中心として反時計回りに回転する円形テーブル上の物体について考えて見ます。

観測者が(1,0),...続きを読む

Q重いものと軽いものはどちらが早く落下するか?

もちろん真空中という前提でいいのですが、子供のころからこの答えは、「同じ」だと思っていました。

ただ、最近、散歩中に「重いものの引力の方が軽いものの引力より強いのでは。とすると、重いものの方が早く落下するのでは?」とも考えてしまいました。

本当はどうなのでしょうか?

「重いものの方が引力が強い」というのが間違いなのか?あるいは、地球が大きいため、「落下する」ものの引力の違いは無視できるか?はたまた、全然違うのか?
教えてください。

Aベストアンサー

ものが落ちるのはものを地球が万有引力で引っ張っているからです
質量が2倍になるとそれを引っ張る力は2倍になりますが
ものの動きにくさも2倍になるので結局同じ加速度で落ちていくことになります
万有引力の法則と運動の法則から導かれる結論です

Q初歩の物理(2)の問題(慣性力や遠心力)

 半径rの半球の頂上で、物体に水平に初速度vを与えたとき頂上で物体が半球から離れて空中に飛び出すためのvの条件を求めたいのですが・・。
 空中に飛び出すというのが、どの値がどうなることかがよくわからないのですが。
どなたかお願いします。

Aベストアンサー

円の中心を(0,0)とすると円は
x^2+y^2=r^2
円が無いときの放物線の軌跡は
x=v・t
y=r-g・t^2/2
すなわち
y=r-g・x^2/2/v^2
よって
[((r-g・x^2/2/v^2)-√(r^2-x^2))"](x=0)=0
を解く


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