番組によって実験結果が異なる台車実験

2355の夜ふかしワークショップで、台車にプロペラと帆を付けて、プロペラの風が帆に当たるようにしたら台車はどのように動くか、という実験を行っていました。
平成教育委員会でも全く同じ実験を行っていたのですが、なぜか2つの番組での実験結果は異なるものでした。
2355の実験では台車が帆のある方向に進んでいたのに、平成教育委員会の実験では台車は動きませんでした。
違いがあるとすれば平成教育委員会で使っていた実験装置が2355のものより少し大きかったくらいです。あとは全く同じ条件です。

なぜ同じ実験をしたのに結果が異なってしまったのでしょうか?

No.5 回答者： Tann3 回答日時： 2012/09/28 23:05

　私は、全くすべてがNo.4さんと逆でした。

2355は見ましたが、平成教育委員会の方は見ていません。

　2355でこの話が出た時、No.2、NO.3のように、「作用・反作用が釣り合って基本的には動かない」と考えました。
　しかし、結果はNo.4さんのおっしゃる「スラストリバーサ」効果なのでしょうか、帆の方向に進みました。帆の形が、壁のように空気の流れを横方向に逃がすのではなく、本当の帆船の帆のように、大きく前方に膨らむ形でしたので、プロペラから帆に向けた風が帆を伝って後ろ向きの風を発生させ前に進んだのでした。

　下手に物理を知っている人が「動かない」（No.2、No.3のように）と考えるのを逆手にとって、「現実には外部との相互関係を無視できない」ことを示すために、帆の形などの工夫をしたものと思います。

　逆に、平成教育委員会は、通常の物理の教科書に近い状態を作り出すために、できるだけ外部との相互作用をなくすように工夫したのではないかと思います。

　2355は物理を知っている人をわざとはぐらかし（理想的な実験と現実の相違を強調する）、平成教育委員会はできるだけ教科書の状況（理想の実験）を再現した、ということなのではないでしょうか。

　いずれにせよ、どちらも、それによって何を示すか、という意図にそって計画されたものと思います。
　「とんち」というか「ひねくれた賢さ」という点では、2355に方に軍配が上がるように思います。

No.4 回答者： funflier 回答日時： 2012/09/28 19:21

2355の方は見てなくて、平成教育委員会だけ見ました。

私は平成教育委員会の実験を見たとき、帆の方に進むと思いましたし、それを
示す実験だろうと思ってました。この根拠は2355を見ていなくとも世の中に実例が
あるからです。それはジェット旅客機のスラストリバーサーです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%80%86%E6%8E%A8% …
逆推力装置とか逆噴射装置などとも呼ばれます。この装置は形状に違いは
ありますが、今まで前から後ろに噴射していた排気を一旦せき止め、斜め
前方に噴出すことで前方推力の半分程度を後方に向け発生します。方法は
バケット（bucket）と言う正にバケツを半分に割ったようなものを後方に
可動してくっつける、ファンダクトをブロッカードアで閉鎖してカスケード
ベーンというブラインド状の隙間を作る、といったものです。
実験では、扇風機がジェットエンジン本体、帆がこのスラストリバーサーに
相当します。帆が弛んでいて、当たった風が方向を変えられ後方に流れる
ならこの推力が発生した筈です。

この実験、No.1のご回答にある通り、帆の形状と台車摩擦で結果が違って
来ます。帆が受け止めた風が大半横へ流れて逆に流れる分が少なければ
台車の転がり摩擦に勝てず動きませんが、帆が両端縦の棒に張られていて
下に逃げる風が台車自体にブロックされる、帆自体が半円筒でなく
半球状に弛むなどすれば発生する「逆推力」が大きくなって帆のある方
に進むと思います。これを帆でなく横にしか風が逃げられない「壁」に
してしまえば「動きません」と言い切っても正しかったのですが。

テレビ番組は限られた時間で、しかもクイズ形式だと白黒はっきりさせね
ばならず、細かい考察をすることなく強引に「用意した」結論に導いて
しまうので往々にしてこんなことが起きます。

No.3 回答者： cozycube1 回答日時： 2012/09/28 16:34

　基本的な理解では「動かない」として大丈夫です。

　もし、台車の上の帆とプロペラを密封できるように覆ったら、どうやっても動きません。

　力学的には、こうしたものを「内力」と呼びます。台車の例を分かりやすく作り変えると、台車の上に人が乗って、台車の帆の柱を『静かに』力いっぱい押しても動きません。

　もし内力で進めるなら、はやぶさがイトカワにたどり着き、そして帰って来るのに、扱いにくいイオンエンジンを使わなくて済んだはずです。

　平成教育委員会の実験例は、そうしたことを見せる実験なのでしょう。

　動いた台車の例に戻ると、これは外力が働いたことになります。非常に単純には、帆を取り外せば、プロペラが発生する風と反対方向に動くはずです。

　これはプロペラ飛行機と同じ仕組みですね。捕まえた空気を後方に加速して押し出すことにより、空気を介した外力を発生させています。

　台車に固定したプロペラの風を受けると、帆はある形になります。これがうまく丸みを帯びていると、受けた風を反対側に流すようになります。これは、プロペラで直接に空気を加速したのと同じ効果があり、進む力となり得ます。

　2355の実験が何を見せたかったかを推測すると、帆が受けた風と反対側に風を送り返すことができ、それも推進力になるのであれば、風を受けて進む帆船の帆にはベストの形があるということでしょうか。

　つまり、追い風の力だけでなく、それを跳ね返すことにより、理論的には2倍を上限として、単純な追い風の力以上の推進力を出せるということです。

　これを空気といった流体ではなく、二つの物体の衝突にしてみると、2355の風を跳ね返すほうは、当たりに行った物体が、当てられた物体一体とならず、跳ね返される状況と似ています。跳ね返される場合のほうが、当てられた物体の得る速度は大きくなります。

No.1 回答者： aokii 回答日時： 2012/09/28 16:01

プロペラと帆の作り方と車輪の摩擦の違いです。

この回答への補足

それだけではいくらなんでも情報が少なすぎます。

補足日時：2012/10/05 06:00