向心力について

遠心力について質問をさせていただき、多くの方が回答してくださっている中、ふと向心力についてよく分かっていないなと感じたので再度質問させていただきました。向心力の力の中心はどうなっているのかと、詳しくは別途図にしましたので、よろしくお願いいします。遠心力の件で、真摯にご回答いただいた方の中には、不快な内容かもしれません。そのかたがたには、大変申し訳なく思っております。

質問者からの補足コメント

• 図⑤の補足
  
  そう考えたのは、単に向心力が中心方向に引っ張る力でしかなかった場合、遠心力が働いたら、単なる綱引きになってしまいます。力がキャンセルされ、押しも押されもしません。物体は静止しているか、等速直線運動をするかになってしまう、そう思ったのです。」

  
    補足日時：2017/09/17 19:09

• 図５の補足
  
  回転を伴う力でないと辻褄が合わないとしたのは、向心力が単に中心に引っ張るだけの力なら、遠心力との綱引きで、キャンセルされてしまい、押しも押されもしなくなってしまいます。だから、静止するか、等速直線運動しかなくなってしまいますよね。

  
    補足日時：2017/09/17 19:12

• 同じ補足を二度出してしまいました。片方は無視してください。遠心力は見せかけの力なのかという質問もさせてもらっています。さまざまな方が真摯に回答してくださっているのに、決定的に理解ができていないのが事実です。直リンクは避けますが、「遠心力　存在証明」と検索していただいて、ある大学教授の方がこれらについて言及しています。大槻教授の本（力･作用力・反作用力）の著書にも、力の定義について高校では習わないまま、力について議論をはじめるという内容のことも書かれています。数学云々言うのであれば、証明はされているのか？されているのかされていないのかよく分からない。実験で見てもこれが遠心力と分かるものでもない。向心力の正体もわからない。だったら、あると仮定してもいいのではないか？それなのに、ないというのが、あたかもたった一つの答えであるかのようになっている。

    補足日時：2017/09/17 19:52

• 一笑に付してもかまわないが、たとえば経済学でもケインズ派と古典派で意見が分かれている。なぜ、他の可能性にまったく意に介そうとしないのかが分からない。科学だからか？分からないものは、分からないとなぜいえない？何も相対性理論のことを知りたいといっているのではない。単に日常にあふれる力の一種ではないか？アイスクリームが溶けるのはなぜですか？って聞いているのよりちょっと難しいくらいの内容。なぜ、微分とか解析学が必要になるんだ？人間の理解力の限界ってこの程度なのか？自分にも憤りを覚えるしだいです。

    補足日時：2017/09/17 20:05

• 円の接線方向にｖを持ちます。常にこの方向でｖが動いています。このため、毎回毎回速度ｖのベクトルが変わっています。このベクトルを変える加速度を持った力Fを向心力なのは分かりますが、向心力だけなら、物体は渦に飲まれるかのごとく中心に引き寄せられっぱなしになりませんか？その応力というか、反作用のようなものがあって初めて円運動を可能たらしめると思うのです。向心力＝そもそも向心力が回転するモーメントそのものなら、反作用は不要。物体は静止、もしくは等速直線運動を使用している慣性力が働くので。向心力、単に引っ張る力でしかなければ、そもそも回転（円）運動が成立しない。こう思うのですがいかがでしょうか？

    補足日時：2017/09/19 16:25

• 高校物理で習う、向心力のｍrω^2は、回転する力の結果の大きさを示すものなのであって、なぜ円運動を円運動たらしめているのかの説明はできないようなきがするのです。youtubeで「回転（rot）」で検索すると、ベクトル場の解析などの動画が並んでいます。ベクトル場が３次元に同じ長さのベクトルが中心Oから放射状に伸びている。それを一つ一つ偏微分していく内容でした。これは、ベクトルの解析であって、力そのもの正体ではないですよね。

    補足日時：2017/09/19 16:38

• 一貫して同じ質問を繰り返しています。単に中心方向に引っ張るだけなら、相撲とりと綱引きしているのと何が違うのだと？力の中心が回転していないと辻褄が合わないんじゃないのか？と。

    補足日時：2017/09/19 19:06

• ご要望があったので、ゲラをテキストにします。
  （一枚目）
  ①向心力　F＝mrω^2（ベクトル記号省く）
  　　　　　　→こういう力が質量にかかっている。
  →ならば
  
  ②円の中心方向に向ってかかる力ならば、円の中心にお相撲さんがいて、綱を引っ張っているのとどう違う？
  ③円の中心はそれもまた回転していないとだめなのでは？
  ④それでもこの力オンリーなら物体は中心Oに引き寄せられて終わり。
  （二枚目）
  ⑤物体が中心Oに引き寄せられないための釣り合いとして遠心力が存在するのではないか？所がこの考えも向心力という力の正体が回転の中心で、あるのモーメントを伴う力でないと辻褄が合わない。
  
  ホント、答えられる人だけでいいですからね。

    補足日時：2017/09/20 15:47

• 質問を変えたほうがいいのかも？ではなぜ、ある力を加えると直線的な加速度を得るのにたいして、円運動の元なる力は、角速度（瞬間瞬間Δｔ秒ごとにベクトルの変換）を伴う加速度を放つ運動をするのか？円運動はなぜ円運動たりうるのか？他の回答者諸兄の仰るように、円運動をしめす向心力の大きさをいっているので、それが円運動の理由だよと、論点をすり替えてられても、こっちの聞きたいこととは違うとしかいいようがなくないですか？

    補足日時：2017/09/20 16:10

• お礼の補足です。お相撲さんの例なら、お相撲さんが回転しない限り回転運動（円運動は起こらない）。最初にいただいた回転遊具の件は、外側からグリグリと力を加えている。向心力の種類はそれぞれでまちまち。

  No.9の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2017/09/21 15:47

No.6 回答者： rupin_the_345th 回答日時： 2017/09/19 22:54

画像の字が読めない。

テキスト起こししてクレメンス

月に速度が無いなら、地球に落ちてきちゃう。でも、月は地球に落ちてこない。向心力が月に速度を与えて、地球に落ちないようにしてるんじゃないの?という質問だと思われる。なぜなら、紐の片方に物体を付けて、紐の他の端を持って、物体が静止した状態から回転運動をさせようとすると、手をぐりぐり回して動かし始めるから。地球がぐりぐり動いて月に回転運動をさせているのではなかろうか?という質問だと思われる。



上記の動画だと遊具に腹ばいになって乗ってる人が、地面を蹴って回転運動を起こしている。回転中心の遊具の支柱がぐりぐり動いて回転運動を始めるわけではない。

もともと速度がある。または、向心力とは別に速度を与えなければならない。そんで、向心力が速度の方向を変えて、円軌道に乗せる。もしも、速度が無いなら、v=0だから、rω=0で、rω^2=向心力=0なので、向心力は無い。でも重力だと、物体に速度があっても無くても関係なくある。月が地球に落ちない理由は向心力のためではない。月がもともと持っている速度のためです。なんでもともと月が速度を持ってるの?と聞かれると困る。わかんない。

紐の張力だと、物体に速度が無いなら張力も無い。もうちょいスッキリ言えそうだけれど・・・手をぐりぐり動かして紐につながった静止した物体を動かして回転軌道に乗せるってのが、向心力と区別してうまくいえないな・・・。

とりあえずの指摘は、紐の張力と重力を混同している。向心力は速度の大きさを変えない。向心力は速度の方向を変える。その変え方はいい塩梅に円軌道に乗るような変え方です。

この回答へのお礼

ありがとう御座います。参考にさせていただきます。

お礼日時：2017/09/20 20:06

No.5 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/09/19 20:14

>角速度を時間で微分して、向心力と言う力の大きさが結果的に

>分かったと言うことですよね。

大きさと方向ですね

>それと向心力がなぜ回転運動を促すのか？という
>説明にはならないのではないでしょうか？

なります。2回積分すれば、元の円運動を表わす式になります。

物理では微積分は基本の基本。物理を語る言葉です。

知らないのであれば、まだあなたに運動を語る資格はないと考えて
下さい。直感だけで微分方程式の解が頭に描けるようになるには
かなりの鍛練が必要です。

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/09/19 18:50

高校の数3はわかりますか？

例えば、円運動を
x=rcosωt
y=rsinωt
としましょう。時間微分を2回すると

dv_x/dt=a_x=-rω^2cosωt
dv_y/dt=-a_y=-rω^2sinωt
#v_x, v_y は速度ベクトルの成分。

つまり等速円運動とは加速度の大きさがrω^2で
加速度の方向が円の中心方向である運動なのです。

この回答へのお礼

細かい微分のやり方はわかりませんが、角速度を時間で微分して、向心力と言う力の大きさが結果的に分かったと言うことですよね。それと向心力がなぜ回転運動を促すのか？という説明にはならないのではないでしょうか？

お礼日時：2017/09/19 19:03

No.3 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/09/19 13:00

う~ん、所謂ダランベールの原理というのは

物体に働く外力と慣性力が釣り合うと考える。
慣性力からだけ加速度が決まると考えるので、
外カと慣性力を足したもので
加速度を考えてはいけないのですよ。

要するにふたつの考え方をまぜこぜにしてる
わけですね。

で、これ、慣性カは力じゃ無いという考え方と
数式的には全く一緒。式の解釈の話なのです。

No.2 回答者： puyo3155 回答日時： 2017/09/18 22:49

他の質問を見ても思います。

あなたの今の実力で、正確な理解は無理です。

物理学の基礎である、

・　観測者とは
・　力とは
・　運動とは
・　座標とは
・　慣性系とは
・　回転とは
・　速度とは
・　加速度とは

などを勉強され、回答者の説明に真摯に向き合うだけの、知識とマインドを身につけるべきです。

わからないんだから仕方ない・・・というお気持ちはわかりますが、あきらかな勘違いをしている側のあたたが開き直り、きちんと正しい説明をする人たちに、トンチンカンな再質問を繰り返すのは不毛な論議だと思います。ダタをこねる子供と同じ。あなたのお勉強サイトではないのです。

質問者は、その時点で分かっていることを提示し、その知識条件を前提として質問し、回答者のちょっした視点の違いや、コツによって、霧が晴れたように疑問が解決すればいいなぁ・・・そういう思いのサイトであり、集まりですから。回答に、再質問したり、回答にそれは違う・・・と論議をもちかけたりすることも、サイトのルールで禁止されています。

あなたの回答への再質問や疑問を見ていると、正直言って、支離滅裂です。基本中の基本がわかっていない。物理を語る基本的な知識が理解されていない。そんな中で会話をしても時間のムダです。まずは、最初の回答をひとつひとつ咀嚼し、わからなければ、別の質問として再度質問しましょう。そして、最初の質問は、自分の知識ではわからないことを素直に認めて、都度クローズしましょう。

この回答へのお礼

きちんとした正しい解答をしているのなら、真実なら誰にでも理解できるはず。一方が間違っていて、一方は正しい。それで畳み掛けられてもこちらも理解できません。知識や経験の量だけで、正しさの証明にはならないでしょう。Aで質問しているのに、Bで返してくれば分かりますまい。トンチンカンというのではなく、ただ、角度を変えていくらかこうすれば質問の意図が分かってもらえるかなと工夫しているのです。

お礼日時：2017/09/19 19:13

No.1 回答者： rupin_the_345th 回答日時： 2017/09/17 20:22

画像が荒くて読めない。

前の質問とつなげないと理解できない。
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/9931792.html
上記のno.19の下記部分のせいかなぁ。マズかったなぁ。すみません。
　no.19
　http://fnorio.com/0060inertial_force1/inertial_f …
　説明を読むと理解できるけれど、油断すると、円盤の上に載っ
　ていても、頭の中が誤ってビー玉が半径方向に等速直線運動し
　てしまいます。

座標系が静止および等速直線運動していると、していると遠心力=慣性力はない。

向心力と遠心力の使い分け。4つのパターンがある。
1.向心力も遠心力も両方ない
　→座標系が静止している。
2.向心力だけある。遠心力はない。　　　　
　→座標系が静止している。
　　→紐がある
　　　→no.19での初速度が無いと中心で往復する例はは、紐じ
　　　　ゃなくて重力だった。紐や重力は初速度の方向を変える。
3.向心力と遠心力両方ある。
　→座標系が回転している。
　　→紐がある
　　　→物体が静止
　　　　→具体例　カメラが座標系に固定されたおもりの動画

4.遠心力だけある。　　　　
　→座標系が回転している。
　　→紐がない
　　　→等加速直線運動
　　　　→具体例　回転円盤上のビー玉

この回答へのお礼

遠心力に引き続き、2度もご回答をいただきまして、誠にありがとうございます。

お礼日時：2017/09/18 12:26