コマの回転振動

質問

コマをブリキの箱の上で回した時、コマは横回転なのに、板に振動が伝わり縦振動します。なぜでしょうか？ぜひ、教えてください。

回答No.2

cyototu · ベストアンサー

その実験中に近くを大型のダンプカーが通って床が揺れなかった？などとふざけた回答ではなくて、まじめに考えてみます。

多分貴方の目にはほとんど見えなくても、コマは細かな縦運動を周期的にしているのでしょう。その原因は、コマの軸が完全ではない、コマが才差運動（軸の味噌すり運動）をしている、等々が考えられます。

そして、そのほとんど見えない運動がブリキ箱の縦運動の振動と「共鳴」して、目に見える大きな効果を出したのだと思います。

共鳴とは、ご存知のように一つの振動体の振動数が他の振動体の振動数（あるいはその整数倍）と同じになると、どんな小さな相互作用でも結果的に、相手に大きなエネルギーを伝えることが出来る現象です。お寺の釣り鐘の振動数に合せて押してやれば、ついには子供でも釣り鐘を大きく揺らせることが出来ますね。それと同じことが起こったのでしょう。

共鳴現象は、力学系のカオスや物理系の時間の対称性の破れなどを起す現象として、現代物理学の中心問題の一つです。例えば貴方の例でも、コマのエネルギーがブリキ箱の移って行く方向に時間の向きが流れているので、その反対にブリキ箱からコマ方向には移って行きませんね。ニュートンの方程式は時間の向きを代える、すなわち t を -t に代えても、方程式の形が変わらない（すなわち時間の向きに対して対称）なのに、それと一見矛盾して貴方の例では何故時間に向きが現れているのかと言う問題の理解の鍵は、この共鳴現象にあります。この問題は現在最先端の研究者達が真剣に取り組んでいる研究テーマの一つです。

別な言い方をすると、貴方の問題は、私達は何故歳を取るばかりで、若返ることが出来ないのか、と言う問題と繋がっているのです。

お礼

ありがとうございました。

回答No.4

noname#60215

おっしゃっている縦振動とは、その箱を作っているブリキ板がその面に対して垂直な方向に振動するということですよね？
　そうでしたら、その板が横方向に振動することが可能かどうかお考えになってみてください。

回答No.3

Rui-Costa

縦振動（表面に伝わる横波）しか目に見えないからでは無いでしょうか.
ブリキの表面がざらざらしていることで, コマとブリキには様々な方向に衝撃的な力がかかっていて, 実際にはいろいろな波が発生していると思います.

回答No.1

sanori

こんばんは。

コマの針（軸）の先っちょは、とても細くて とがっては いるのですが、少しだけ面積を持っています。
ですから、針の先っちょは缶とこすれます。

自転車の車輪を回した状態でうっかり車輪に触ってしまい、手がはじかれたことはないですか？
そうでなければ、扇風機の羽根とか。

ベーゴマ対決の場合は、２つのベーゴマがぶつかったとき、互いの回転が逆方向であるため、ぶつかる前の近づき方よりも速いスピードで弾かれます。

それと同じことで、こすれるときには、弾いたり弾かれたりするわけです。

つまり、コマの軸の先端と缶とがこすれることにより、お互い弾き合っているということです。

お礼

回答ありがとうございました。