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新幹線の中でホバリングしたら？
今、玩具のヘリコプターが大変手軽に買える時代になりました。そこでよく出る問題なのですが、車のトラックの荷台の上でホバリングをすればトラックはヘリコプターの下を移動してしまう思います。では、新幹線の中でホバリングしたら、ヘリコプターはあっという間に隣の車両に移動してしまうものなのでしょうか。もし、空気抵抗が絡んでくるのなら、新幹線の中を真空に近づけた場合はどうでしょうか。物理に強い方、ご教示お願いいたします。
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＞飛躍しますが、ヘリコプターを静止衛星に見立てたら、地上ではホバリングだけで静止衛星になると思うのですが、大気圏外に出たら、ホバリングだけではすまなくて、地球と同じスピードで飛ばなければ静止しないものなのでしょうか。 本題の質問には、答えが出ているようなのですが、追加質問を見るとまだ良くつかめていないようなので、補足します。 この問題のポイントは、慣性、加速度、速度の関係をきちっと理解することです。（無加速でも、初速を持っていれば、それで等速運動をつづける） 上記質問で、地球外から見ると、ヘリが地表にいる時、それは地球の自転の地表の移動スピードと同じスピードで移動（運動）しています。 そこで、垂直に上げるホバリングは、地表に対して垂直方向に加速させ上昇させ減速させて停止させます。これを地球外から見ると自転方向には慣性で等速運動して斜めに上昇し、ある高さで水平方向の等速運動に変ったように見えます。 ここで、さらにずっと上げていくと、等速運動は変りませんが、地球は丸いですから地表から遠ざかれば円周は長くなりますから、地表から見た時少しづつずれてはきます。 真空か空気があるかどうかは、空気抵抗の問題だけで、今回の場合は関係有りません。 また、重力も垂直方向の力ですからこれも影響しません。距離により引力が変るので、ヘリにかける垂直方向の力のかげんは変りますが。 ただ、上記で述べたように地球の中心からの距離がどんどん長くなりますから、円周が長くなりますので、地表との相対距離はどんどん差が出てきます。 また、引力が無くなれば（引力より遠心力が強くなれば）、円周運動させる力（地球に繋ぎとめておく力）がなくなりますので、円周運動から直進運動に変ってどこかへ飛んでいってしまいます。 静止衛星は、上記からわかるように、静止させたい地上からの位置（距離）に応じたスピードで等速運動しています。（決して加速しているわけでは有りません）
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- tono-todo
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何と何が力を及ぼしあっているかを考えて下さい。 トラックとヘリコプターの場合は ヘリコプターはトラック上にあるときはトラックと同じ速度で運動しています。 ホバリングして宙に浮きますが、この時のホバリング力は上方向だけとします。 宙に浮きあがった瞬間の水平方向速度はトラックと同速度ですから宙に浮いた状態でトラックと同一方向に動きます。 しかし、ほどなく空気の抵抗で水平方向速度が０になり、トラックのみ水平方向の運動を継続する・・ヘリコプターの下を通過します。 新幹線の場合も同様に考えてください。 この場合は空気も新幹線と同速度で動いていますので、ヘリコプターは空気に対して静止、即新幹線と同速度で水平に動きます。 空気がなければ、空気の抵抗がありませんので、新幹線から与えられた水平方向速度が不変ですので、矢張り新幹線と同一速度で運動します。 従って、新幹線がカーブを曲がると直進するヘリコプターは車内で車両壁に衝突です。
お礼
大変遅くなりました。大変わかりやすいご説明ありがとうございました。空気抵抗が大いに関係ありということでかなり理解が進みました。いつか実験してみます。ありがとうございました。
自分も物理を習いだした頃、同じような謎をいだいていました。 僕はヘリコプターのホバリングは知りませんが、「ダランベールの法則」というものが絡んでいます。 この法則はなにかといいますと、「物体は加速方向と逆の方向に力を受ける」というものです。 電車が発車するとき、止まるときにグラッと来ますよね。それがこれです。 では、加速・減速してないときはどうなるか？ですが、物体は何の力も受けません。つまり、ホバリングはその場でやり続けます。 これは「慣性力」という概念で、速度が変わらない、つまり、加速度が０の状態に起こるものです。 なので、空気は関係ありません。乗り物の速度の変化のみが関わるものと考えてよろしいでしょう。
お礼
ありがとうございました。加速、減速が入ってくるとややこしくなるのですね。私の質問を見ると、自分勝手にトラックを加速させてしまっていたようですね。次回の質問時には、その辺を整理してみます。ありがとうございました。
- outerlimit
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＞車のトラックの荷台の上でホバリングをすればトラックはヘリコプターの下を移動してしまう思います。 ここからして 勘違いです 車のトラックの荷台の上でホバリングをすれば ですから 車のトラックの荷台から離陸でしょう 離陸した時点の速度を維持しますから トラックに加速度が加わらなくて 空気の抵抗を無視すれば 永遠にトラックとの相対位置は変わりません 科学では 思い込みは厳禁です
お礼
ありがとうございました。質問のかき方が悪かったようで、停止しているトラックでホバリングをしておいて、トラックが走り出していくことをイメージしていました。加速度、減速が条件に入ると結果が変わってくることを見過ぎしていました。トラックのスピードに押し出されて、ホバリング位置は変わらないことがよくわかりました。ありがとうございました。
- Willyt
- ベストアンサー率25% (2858/11131)
>ヘリコプターを静止衛星に見立てたら、地上ではホバリングだけで静止衛星になると思うのですが、大気圏外に出たら、ホバリングだけではすまなくて、地球と同じスピードで飛ばなければ静止しないものなのでしょうか。 静止衛星は等速円運動を行なっており、等速運動ではありませんが、円運度になる原因は地球がヘリコプターに及ぼす万有引力です。これはヘリコプターにも同じように左様しますから、ヘリコプターも全く同じ等速円運動を行ないます。ですから、飛び上がっても何事も起きません。尤も、飛び上がるためには空気が必要ですが、宇宙空間はほぼ真空ですから飛び上がれませんよね(^_-) これは列車の中でも真空なら同じでしたね(^_^;)
お礼
静止衛星のご説明までありがとうございました。引力の見えない糸でつながれて、円運動で振り回されていると考えてよろしいでしょうか。ありがとうございました。
- oosaka_girl
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新幹線と考えると分かりにくくなりますので、もっと速い地球で 考えてはどうでしょう？ 赤道付近では地表面は時速1600km以上で動いています。 さて、ホバリングして何か特別なことが起こりますか？ 風が吹けば、風に流されるだけです。 操作しているあなたが離れるように動けば離れていくだけです 貴方との相対位置は変わりますが、ヘリと地球の相対位置は 変わりません。 一定速度で動いている新幹線車内でもまったく同じことです。
補足
ANo.2でも補足したんですが、地球を離れて大気圏外に出た場合、静止衛星は地球と同じスピードを保たないと見かけ上静止しないと聞いています。地上を垂直に飛び立って、どの変から置いてきぼりになるのかなーって考えると悩みます。参考意見ありがとうございました。
- mimihozi
- ベストアンサー率17% (10/57)
新幹線の中では空気は関係ないです。新幹線の中では空気は動いてないんで。 普通にヘリ飛ばせます。 トラックの荷台では、空気抵抗があるので、あっという間にヘリは後ろに投げ出されるます（風に飛ばされる感じ）。トラックと同じ速度で風が吹いてたら、ヘリはその場でホバリングします。 真空なら、ヘリは飛びません。
お礼
早朝よりありがとうございました。確かに真空ではヘリコプターは飛べないですよね。ありがとうございました。
- kuronuko
- ベストアンサー率35% (72/202)
＃１さんのリンクでは 電車の中に立っている人の場合は慣性の法則により ジャンプしても降り立つ位置は同じかもしれませんが・・・ ホバリングの場合は・・・・・・・・・・・・ どうなんでしょ？ 自論にすぎませんが、速度０のときから浮いてるのであれば・・・ 空気抵抗などがない限り後ろへいくとおもいます。 つまり真空では後ろにいくはずです。 いや、書いてて分からなくなりました。一応、理系で物理選択なんですが・・orz
お礼
早朝よりありがとうございます。荘なんですよね、この場合はジャンプと違って、慣性というのとはちょっと違いますよね。ありがとうございました。
- blue_rose
- ベストアンサー率49% (717/1445)
こんにちは 新幹線の中にいるということは、新幹線と同じスピードで移動しているので、そのようなことにはなりませんが、加速がかかれば（加速、減速、カーブなど）その力に応じた分、新幹線を基準として位置を替えるので多少の移動はします。人間が電車に乗って揺られるようなものです。 空気抵抗はほとんど関係しませんが、真空に近づくとヘリコプターが浮力を得ることができなくなり下に落ちてしまいます。 人間もヘリコプターも同じです。
お礼
早朝よりありがとうございます。そうですよね、加速したりキューブレーキかけたりすれば多少なりとも位置ずれますよねー。どこかのテレビ局で実験してください。確かに真空ではヘリは飛べません・・・でも・・・仮に浮いたとしたらという話で・・・すみません、ありがとうございました。
- Willyt
- ベストアンサー率25% (2858/11131)
ヘリコプターが新幹線の床を離れるときが問題です。スピードを上げて既に高速運転に入ってからなら、何事も起きません。新幹線が発車前または加速度運動を行なっている最中に床を離れるとヘリコプターは新幹線が進むにつれて座席後方へ移動します。ただこの場合、空気の抵抗がヘリコプターを新幹線の進行方向へ持って行こうとしますから、この影響を考慮に入れなければなりません。眞空ならこの影響はないのはもちろんのことです。
お礼
ありがとうございます。離れるときの慣性が重要だということですね。急加速、急ブレーキで揺さぶりをかければ多少なりとも位置がずれるんだということで、凡人の私は納得、安心しています。ヘリコプターの重量も、発泡スチロールでは空気に押されそうですが、やたら重いヘリが飛べたら、流され方もまたちがってくるのでしょうか。
補足
飛躍しますが、ヘリコプターを静止衛星に見立てたら、地上ではホバリングだけで静止衛星になると思うのですが、大気圏外に出たら、ホバリングだけではすまなくて、地球と同じスピードで飛ばなければ静止しないものなのでしょうか。
- hiroko771
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お礼
hiroko771さん、早朝よりありがとうございました。この手の質問は永遠に引き継がれているようですね.リンク先見てみました。密閉された電車の中はひとつの宇宙として考えればいいのですね。かなりイメージできてきました。ありがとうございました。
お礼
大変〈専門的ですが）わかりやすいご説明ありがとうございました。地球は時速約1600km〈赤道上）で回っているということで、常に物体は飛び上がるときそのスピードの慣性で飛ばされていると考えてよろしいのでしょうか。これって、日常気がつきにくいことの一つだと思いました。慣性、加速度、速度の関係・・・もう一度気にして見ます。ありがとうございました。