このカテゴリでいいのかどうかは分かりませんが・・・

よく電車の中でジャンプすると、着地場所は、ジャンプする前に居た場所と変わらないと言いますよね。もう、二十歳もとうに過ぎましたが、未だに、納得いく答えに出会ったことがないんです。いつも、電車は動いているのにどうして?などと思ってしまいます。

それと、例えば自分に羽根が生えているなどして、飛び続けている(非科学的ですが)場合はどうなるのですか?やはり、同じ場所に居続けることになるんですか?

幼稚な質問かとは思いますが、宜しくお願いします。

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A 回答 (12件中1~10件)

慣性の法則によるものですね。


でも、その説明が今までよくわからなかったのでしょう。

その現象をどの立場で見ているかと言うことになります。
等速直線運動をしている物体の上にいる人は、外の景色などが観測できない限り、
自分が動いているのかと待っているのかを自覚することができません。
加速度が生じた場合のみ、力が生じるので自覚できるのです。
つまり、電車が地面に対して等速直線運動をしているのか止まっているのかと
いった違いはないのです。
だから、電車が止まっているときにジャンプすればその場に着地するように、
等速直線運動している電車のなかでジャンプすれば、電車のなかでは
その場に着地したという観測結果になります。

しかし、電車の外から見ている人にとっては、その電車が動いていることが
観測できるわけですから、ジャンプした人は決してその場に着地している
わけではなく、電車と同一方向に運動していると観測できます。

羽がある場合も、上下に運動しているだけならばジャンプしている
場合と同じです。
ただし、あくまでも理想状態での現象です。
ジャンプした人は上下以外に力を加えてはいけません。
また、電車も途中で加速や減速、カーブをしてはいけません。
だから体感できないのでしょうね。
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ジャンプの場合はたくさんの回答が


出ておりますので、羽の生えている場合を
ちょっと。
羽が生えているといってもなにもなくて
浮き続けることはできませんよね。
空気を押したり、空気に押されたりする
力で浮いているわけです。
慣性の法則とは別に、電車という入れ物の中に
入れられた空気は、当然電車と一緒に
移動します。移動する空気を足場にしている
浮遊物も電車の動きにあわせて、動くわけです。
ハエなど小さな体重のものの場合、
慣性の力は少なくなりますので、飛んでいる最中に
電車が止まったり曲がったりしても、受ける影響は
少なくなり、慣性が働いていないように見えます。
でももしあなたに羽があり羽ばたいて電車の中に
いるとしたら、急ブレーキの時には激しく前方に
ぶつかってしまうでしょうね。

あ、ジャンプしているときのことについて、
こんなイメージはいかがでしょうか?

電車の模型と小さな人形を、二人のピッチャーが
並んで同時に投げたらどうなるか。ということです。
人形には小さなプロペラがついていて、少しだけ上下左右に
移動できる。としてイメージしてみてください。
人形が投げられた直後横を見ると、電車が自分と同じ方向に
進んでいきます。まるで止まっているかのように。
プロペラで少し上に行っても、自分の少し下にくるだけで
それ以外に移動はありません。少し下がって同じ位置に戻っても
やはり同じことです。

いかがでしょうか?
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この回答へのお礼

皆様のたくさんのご回答、本当に本当に感謝しています。全てのご回答を読ませて頂き、ようやく納得することが出来ました。

確かに、等速直線運動をしている電車の中では、速度は感じませんよね。それは、電車と同時に、自分も空気も一緒に動いていると言う事ですよね。電車も自分も空気も、同じ速度で動いていると言う事=電車も自分も空気も止まっている状態と変わらないと言う事、つまりは、止まっている時に得られる結果と、等速直線運動をしている時に得られる結果は同じと言う事ですよね。羽根があろうが、羽根がなかろうが、飛ぼうが、跳ねようが、電車・自分・空気が同じ速度で同じ方向に動いているんだから結果は同じと言う事ですよね。

逆に空気抵抗があれば(電車が密閉状態じゃなく、外枠がない場合)飛んだり跳ねたりした場合、後方に飛ばされちゃうんでしょうね。あくまでも、電車・自分・空気の三つの速度・方向が同じであることを前提に、その論理は成り立つんでしょうね。

地球は回っているのに、真上にジャンプしても真下に着地だろうと言う指摘には、なるほど、と思わされました。と言う事は、宇宙から見ると、地球上でジャンプすると、放物線を描いて、後方に着地したように見えるんでしょうか。(そういう解釈でいいんでしょうか)

20年来の疑問の答えが出た事の喜びと同時に、こんなにたくさんの方達が、それを論理的に説明できるんだという驚き、尊敬の気持ちでいっぱいです。本当に本当にありがとうございました。

お礼日時:2001/05/30 06:16

これは、don_chaさんのように考えるのが一番わかりやすいかと思います。


あなたは、普段地球が動いている、とは思っていませんよね。
これと同様に、電車が動いているのではなく、周りの景色が動いている、と考えればいいんです。おかしいと思われるかもしれませんが、これは、物理学的にも間違いではありません。
だって、高速で回転している地球の上でジャンプしても、同じところに着地できるでしょう。電車が同じ速度で走りつづけているのであれば、これと同じです。
あと、電車内でずっと浮いているときも同じです。
風さえなければ、気球なんかも地球上で同じところに浮いていられます。
ただ、電車のスピードが変わった場合、カーブがあった場合は別ですが、、、
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相対的と絶対的な見方による物と思います。


電車の中のあなたがジャンプしたところを同じ電車の中のAさんが見た時に真上に上がり、真下に下がる様に見えます。これを電車の外のBさんが見た時にはあなたが進行方向と逆に跳んだ(放物線)ようにみえます。実際には電車の中の物がすべて移動しています。Bさんから見ればジャンプ位置と着地位置が明らかにずれています。(電車の中の位置ではなく、時間的に電車が移動した位置)
Aさんとの関係は相対的な位置にあります。移動する同じ電車の中でのでお互いの距離しか見ていない事になります。
Bさんとの関係は絶対的な位置にあるといえます。電車の中の相対的な位置に対して、時間的な電車の動きも見えています。
羽を付けて飛んだ場合も外部の一点から見た場合には電車の中に浮いて見えますが電車も移動しています。ある時間の時には別の位置に見える事になります。
余談ですが、羽を生えて、飛び続けているという発想は面白いですね。
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電車じゃなくても、地球上で静止状態であっても、宇宙から見れば、地球上(空気も含む)全てのものが約1667km/hの速度が出ています。

でも、私たちは真上にジャンプすればそのジャンプした位置に戻ります。また、ヘリコプターでホバーリングしてもその位置の上に居ようと保とうとするだけで、なにも1667km/hの速度を出そうとしているわけではありません。

また、電車の話を逆に考えてみて下さい。止まっていた電車が走り出せば、中に居る人たちは一瞬後ろに飛び出そうとなり、走っていた電車がブレーキをかけた場合、中にいる人は、前に飛び出しそうになりますよね?もし、ご質問のとおり、ジャンプした場合に後方へ移動するのであればブレーキを掛けられても飛び出すことはありません。
「電車も動いていますが、乗っている人も同じ速度で動いている」のです。

おまけ、電車が加速中(減速中)に真上にジャンプをする事が出来れば、着地地点が後ろ(前)側へ移動します。
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例えば、野球の投手がボールを投げる時のことを考えてみましょう。


投手はボールを握った手を勢いよく後ろから前へ動かして手を離します。
ボールは投手の手を離れた瞬間から、前方に飛んで行きます。
変だと思いませんか?ボールは投手の手を離れたら、そのまま下に
落ちてもいいんじゃないですか?
もしあなたがこの現象を変だと思わず、自然なことだと納得できるので
あれば、電車の中の人についても理解できるはずです。
電車に乗っている人は、いわば投手が握って動かしているボールです。
ジャンプした瞬間というのは、投手が手を離した時です。
ボールが前方へ飛んで行くように、人も電車の進行方向へ飛んで行きます。
たまたま同じ方向に電車が走り続けていますから、着地する場所は
電車内の元の場所になります。
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この問題は物理の授業で勉強しますよね。



電車が時速100kmで動いています。
その電車に乗ってる人も時速100kmで動いていることになります。
(外から見れば、電車も乗客も同じスピードですよね!?)

ここで乗客が1秒間だけ問題のジャンプをします。

乗客はジャンプしても乗客は時速80kmで進みます。
(慣性の法則:動いている物体はいつまでも動き続ける)

ジャンプしている間に電車と乗客は同じ距離だけ進みます。
電車=27.7m
乗客=27.7m
同じ距離だけ進むので着地地点は同じです。
こんな説明でわかります?

この問題で重要なのは「慣性の法則」です。
乗客は電車に時速100kmで引っ張られていると思ってください。
ジャンプすることによって引っ張られる力がなくなりますが、慣性の法則によって同じ速度で動き続けるのです。

さて、ホバリング(=空中で静止)できた場合はどうなるでしょう?

時速100kmの電車に乗ってる時に"真上"にホバリングした場合は、そのまま電車と一緒に進んでいくと思います。(厳密には抵抗等で徐々に後退すると思いますが)

止まっている電車の中でホバリングし、その状態で電車が動き出すした場合は、電車だけが進んでいくと思います。
(慣性の法則:止まっている物体は止まりつづける)

こんな感じでよろしいでしょうか?
たぶん専門家(物理屋さん)が回答してくれると思いますよ。
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電車が等速度運動をしているからです。

電車の中で、ジャンプしたとき、電車もジャンプした人も動いていますので、電車が2m進めば、ジャンプした人も2m進みます。その人は電車の中では同じところに着地します。

加速度運動しているときは着地するところはずれてきます。

また、羽があり、飛びつづけているときは?
これは電車の外の鳥が電車と同じ方向に運動している場合を考えて見て下さい。同じところに見えると思います。

幼稚な質問ではなく、基本的な質問と思います。
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 一応理系の仕事に就いている者ですので、この辺りの話も経験者、とゆぅ事で。



 移動している電車に乗ったアナタは、御自身では床に停止しているように見えますが、電車の外から見るとアナタ自身が電車と同じ速度で移動している様に見えます。

 ここでアナタが電車の床から垂直にジャンプしますと・・・・ベクトル、とゆぅモノを御記憶でしょうか?今までの電車の移動とアナタのジャンプとが合成され、電車の外から見ているヒトには、アナタは放物線を描いて電車の進行方向に飛んでいる様に見えます。
 ベクトルの合成として考えますと・・・・たとえば電車の速度としまして紙に右方向の矢印を書き、それと垂直な上方向の矢印(アナタのジャンプ分)を書くと、実際にはこの2本の矢印を辺に持つ長方形の対角線方向に飛んでいるワケです(これがベクトルの合成です)。対角線方向に飛んでいるので、飛行する物体(=アナタ御自身)は、放物線を描いて飛んだ位置から遥か前方に着地します。

 さてそれでは羽があったらどぅか?ですが、電車の様に完全に密閉された空間で、床に立っていた時電車から受けた横方向の運動が失われる要素が無いなら(空間が一緒に移動しており、空気の流れがないとゆぅ事。地球上では、地面にふれていない物体の横方向の運動が失われるのは、主に空気抵抗です)、いつまでたってもその位置を移動しません。

 実際にはどぅでしょう?微妙な風の流れや重力の影響などにより、ジリジリと横方向の運動エネルギが失われて行く(=少しずつ電車から遅れだす)様な気もします。
 
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例えばボールを持ちながら走ってる人が、ボールを真上に投げあげた時、


走ってる人は、真上に投げたはずのボールを取ることができますよね。
これは、「真上」というのはあくまでも走ってる人から見た場合であり、
地上で止まってる人から見るとボールは「真上」ではなく、走ってる人と
同じ方向の斜め上に上がってるように見えるはずです。

これと同じ理屈です。

ある一定の速度で走っている電車の中にあるものは、空気も含めて電車と
同じ方向に、電車と同じ速度で動いていると考えるといいと思います。
(こういうのを慣性の法則といいます。)
電車の中でジャンプした人が着地する場所は「電車の中の人から見ると
同じ場所」というだけの話です。空気も電車と同じ速度で動いてますの
で、羽根が生えてる人が飛びつづけていても「同じ場所」に居続けてい
るように見えます。
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