コリオリの力について

質問

長距離ミサイルを標的に当てるには、コリオリの力を考慮しなければならないそうです。ということは、地球は回転しているのに、ミサイルは地球と同じ回転をしていない（発射体から独立している）ということでしょうか。

例えば、飛んでいる飛行機から救援物資を落とす時、飛行機の速度を計算して、真上より前に落としますよね。発射体の動きを考慮しているように思うのですが、何故でしょうか。

また、コリオリの力によりフーコーの振子を時計として利用することが出来ますが、紐の付け根から、地球の自転の影響を受けないのでしょうか。付け根で地球と繋がっているのに、何故振子は独立しているのでしょうか。

お願い致します。

回答No.2

TaRSu · ベストアンサー

水流も気流も、コリオリの力を受けています。台風の回る向きや海流の向き、偏西風の波動なんかもコリオリの力のたまものです。
地球上にある動いているもの全てがコリオリの力を受けていると考えて差し支えありません。ただし、コリオリの力はそもそも小さすぎて、地球規模でものが動いていないかぎり、ほぼ無視できます。

「独立」という話ですが、物理学では、何が何の力をどう受けるか、それが全てです。（やや乱暴ですが）
独立でないなら、「どういう影響を及ぼし合っているから独立でないのか」を考えないといけません。

飛んでいる飛行機から救援物質を落とすときは、救援物質に飛行機から初速が与えられるだけで、それ以後は飛行機からの関与はありませんね。
しかしコリオリの力は、動いていればその速度に比例して大きくなります。つまり、動いている限り常に力がかかっていることになります。ミサイルはそういう影響を地球から受けているんです。

フーコーの振り子に関してですが、現実的には時計としては利用できません。
緯度をpとして、回転角はsin(p)に比例していますから、北極や南極にあればまだしも、東京なんかだと補正が必要ですし、赤道ならそもそも回転しません。

また、フーコーの振り子の設定を思い出してください。
・十分に長～い（十メートルくらいの）ひもを使ってぶら下げ、
・重いおもりをつけた
ものですよね。（たしかこれ、年がら年中回ってるんでしたっけ。ちょっと見てみたいです）
これは風や摩擦による影響を受けにくくする意味がいちばん大きいですが、「おもりじたいの『慣性』により、地球からの影響を最小限に抑える」効果もあります。
ひもでぶら下げることで地球の動きの影響を減らし、おもりの質量でその影響をさらに小さくした、ということですね。
実際にその効果があることは、地震計がうまく機能していることを考えれば納得するのではないかと思います。
http://www.hinet.bosai.go.jp/about_earthquake/sec9.1.htm（参考URLにも記載）
（地震計は、地面が揺れてもおもりはほとんど動かないという現象を利用しています）

感覚的なだけじゃ理解しにくい領域にさしかかっています。より深い理解のためには、物理学をきちんと学んでください。

参考URL：

http://www.hinet.bosai.go.jp/about_earthquake/sec9.1.htm

回答No.3

joshua01

こんにちは。つぎのような回答ではいかがでしょう。
ポイントとしては、「コリオリの力というけれど、実際には力が働いているわけではない・・・」

　地球上でのコリオリの力を理解するのはちょっと難しいですね。
一番単純なモデルとして、あなたが左回り（地球と同じ方向）に回転している大きな円盤の縁に立ち、中心軸にあるマトに向かって銃を撃つシーンを考えましょう。あなたには背中に向かって軽い遠心力がかかっていますが、あまり感じず、マトも動いて見えるわけではありません。そして、“ずどん！”

　ところが、弾は右にずれます。
　考えてみれば当たり前。回転する円盤に乗っている故にマトは止まって見えますが、瞬間的にはあなたはマトに対して右に動いており、発射の瞬間に限ればその動きは弾にも影響して斜めに撃ったのと同等です。いわば、右に走りながらボールを真横（のつもりで）投げた状態ですね。

・・・ということで、実は、コリオリの力は長距離ミサイルでなくとも、中世の大砲の射撃の時代に既に経験的に発見されていました。いわば、回転を明確に感じることができない中で、回転軸から遠いところから近いところに向けて物体を直線（のつもりで）運動させた場合にずれが生じ、「あたかも不思議な何かの力が働いているように見える」と理解してみましょう。
　言い方を変えれば、打ち出した物体は打ち出した瞬間の方向と速度にのみ従って直線運動（あるいは単純放物線運動）しますが、世界が回転していると曲がって見える（仮想的な力を受けているように見える）という状況とも言えるでしょう。
（ちょっとこれは乱暴な表現で、実は角運動量という量で理解・計算する必要がありますが）

　さらに単純化すれば、飛行機から物を落とす場合にも共通点があるかも。
　地面の動きを感じ、高さを感じることができれば目標に対して早めに落とすべきことを直感的に理解できますが、高度が十分高く、速度が遅めだと、地面の動きも高さ（距離感）もあまり感じられないので、真下のマトに落としたつもりの物体がみるみるずれていき、あたかも風か何かの力で流されているように見えるかもしれませんね・・・

　さて、また、フーコーの振り子に関して、レオン・フーコーは、地球自転による支点（紐の付け根）の回転方向への影響が最小限になるよう、相当な工夫を行ったと聞きます。
　質問者さんの印象のとおり、支点には容赦なく自転の影響が及び、極端な話、赤道上では朝と夕方で支点とおもりの位置関係が逆転するのですが、ここで問題になるのは紐をねじる方向の力です（北極点での揺動を想定すると理解しやすい）。
　フーコーの時代はいまだ天動説の勢力が強く、自転を説明しようとすると宗教的なツッコミの入りやすかったため、「紐のねじれによる揺動面移動の誤差」や「揺動面が回転しようとするのに支点が障害となってしまう」のを避けるため、フーコーは十分に重いおもりと長い紐を使うほかに支点の構造を相当に工夫したとのこと。（どんな構造だったかちょっと覚えていませんが、構造を工夫するほかにかなり腕のいい職人に作らせたそうです）

　結局、その工夫も実を結び、自転に従って揺動面の移動する様を見事に見せたのみならず、実験場所の緯度による揺動面の移動量の違いも理論的に予言し、それを逆算して時間を当てる（いわば時計として見せる）ような演出ともあいまって、フーコーの実験は大反響を呼んで天動説の一掃につながったとのことです。
（孤高の研究者のサクセスストーリーとしてもフーコーの伝記はおもしろいですので一読をお勧めします）

さてさて、長くなってしまいましたがいかがでしょう。
お役に立てば幸いです。

回答No.1

N64

コリオリの力については、勉強してください。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%AA%E3%82%AA%E3%83%AA%E3%81%AE%E5%8A%9B
「救援物資を落とす」、は飛行機が水平方向の速度を持つので、真下に落としても、救援物資は水平方向の初速を持つので放物線（上下逆の形）を描いて落下するからだと思います。
「フーコーの振子」は、細い糸なので、ほとんど影響を受けない、あるいは、受けないよう、フレキシブルなジョイントを工夫してあるのではないかと思います。釣りで使う「ヨリモドシ」のように。