電車とカラス

質問

100km/h で走っている電車の窓が開いています。
それと平行して100km/hで飛んでいるカラスがいます。

カラスが徐々に電車へ近づき、さらには窓から車内へ入った場合、
電車に乗っている人からみて、カラスはどのような動きになるのでしょうか？

車内へ入る場合の風の抵抗がある場合と無い場合を想定しています。
他に必要な条件設定があれば言ってください。

よろしくお願いします。

回答No.6

daitei · ベストアンサー

高速道路を走っている、荷台が平らなトレーラーに、
スポーツカーが乗り込む様子を想像してください。
スポーツカーは、トレーラーと相対速度が同じですから、
お互いは止まって見えるような状態ですが、
スポーツカーの車輪は１００Ｋｍ/hで走る速度で回っています。
横方向にハンドルを切りながら、平らな荷台に車輪が掛かった瞬間、
トレーラの荷台には１００Ｋｍ/hで走る速度の回転を持った
車輪が載ることになります。スポーツカーは荷台の上を
１００Ｋｍ／hで走ることになりませんか？
空気中を飛翔しているカラスと、平行に走る電車と、
自動車の話は違うことは何もありません。
空力的な問題がややこしくしているだけで、
電車の中の空気は、電車と同じ速度で移動しているのですから、
トラックの荷台と同じです。
空気も荷台も本質的には、同じ問題です。
カラスには相当厳しい試練になると思われます。
巣では七つの子が待っているので、かわいそうなことに
ならなければよいのですが・・・。

お礼

確かにそうですね。
ややこしい空気のことを頭に入れていたため難しく考えてしまったようです。

ありがとうございました。

回答No.5

noname#74145

＞では電車をいくつも並べる等、この加速を繰り返し行える状況を作り出した場合、ものすごい加速装置になりえるということでしょうか？？？

そのような気もしますが実際は空気抵抗が大きくなるのでカラス君はそんなに早くなれませんね。隼が急降下する時でさえ時速300キロと聞いた事があります。まして水平に飛ぶカラスでは不利な面が多く実際は然程速度は上がらないと思います。具体的な数字はわかりません。

回答No.4

noname#74145

面白い思考実験ですねえ
まずカラスが羽ばたいて100km/hで飛んでいる場合ですが窓から入っても突然羽ばたきを止めるとは思えず入った瞬間に向かい風が無くなる訳ですから突然前向きに突っ走るでしょうね。
カラスの代わりに模型飛行機などで置き換えれば理解しやすいかも。

難しく考えなくても100km/h で飛んでいるカラスには同じ速さの風が飛ぶのを妨げるように正面から吹いている訳で電車に入った瞬間にこの風が無くなるのだから急激に加速して電車内を100km/hで飛びますね。
カラスの運動だけに注目すれば大地に対して100km/h で飛んでいたが次の瞬間一気に加速して200k/hになると思います。

お礼

ありがとうございます。

では電車をいくつも並べる等、この加速を繰り返し行える状況を作り出した場合、ものすごい加速装置になりえるということでしょうか？？？
　(ありえない気はしてます)

回答No.3

phobos

この種の思考実験は、モデルをどう立てるかによって様々な場合が考えられるので面白いですね。

空気の乱流が起きていないと仮定して、かつカラスが窓の境界を越えるときに羽をたたんで飛び込むとしたら、車内に入ったとたんにドサリと床に落ちるのではないでしょうか。床に落ちる前に羽ばたきを再開したとしたら、車内の人から見れば、カラスは速度ゼロから飛び始めていくように見えると思います。

ただしカラスが羽ばたきながら飛び込む場合は、たとえ乱流を考えないとしても、どうしても左右の羽で100km/hの風速差を受ける境界を通らなければならないので、この時に大きくスピンしてしまって、まともには飛べないのではないでしょうか？
……あっ、いや待て。カラスが横倒しになって飛び込めばＯＫかな？

お礼

回答ありがとうございます。

＞車内の人から見れば、カラスは速度ゼロから飛び始めていくように見えると思います。
ここが一番不思議なところでして、
　1. 電車と並ぶため100km/hの速度を出す
　2. 羽をたたみ風の抵抗を受けないようにして車内に侵入
　　(ここで車内では0km/hとなる)
　3. 次に羽を広げ100km/h(車内で)の速度を出す。
　→こうすることで、カラスは1と2の「100km/hの速度を出す運動」を行うことで絶対速度200km/hが出せる。

こんな加速方法あるのだろうか・・・。
というのがそもそもの悩みです。

回答No.2

tadys

＞車内へ入る場合の風の抵抗がある場合と無い場合を想定しています。
この問題では風の影響が本質的部分ですからそこの部分を勝手に想定してはいけないでしょう。

電車が静止していて電車の外を100km/hの風が吹いているとしましょう。これでも問題の本質的部分は変わりません。
カラスが電車に入るためには100km/hの風に逆らうのに必要な推力で飛ぶ必要があります。
電車に無事に入るためには電車に入った途端に推力をゼロにする必要があります。この場合、カラスがホバリング出来ないとすると床に落ちることになります。
推力を落とせない場合は前方に進むことになりますがその時の加速度はカラスの体重と推力の制御方法に依存するでしょう。
電車に入る前に推力を落とした場合は後ろに流されて電車に入ることが出来ないと思います。
以上は電車の外は100km/hの風、電車の中は風速０としましたが、実際はそんなにはっきりした差は無く乱流状態になると思われます。その場合の計算はとても難しいものになります。
乱流状態でカラスがちゃんと飛べるかどうかも問題です。

お礼

なるほど。回答ありがとうございます。
乱流の問題や、入る際の風の抵抗は窓の作りを変えれば限りなく低くすることができるかな？ということから無い場合も想定できると考えていました。

とはいえ何となく見えてきました。
そもそも車内に入る際に発生する風の抵抗によって速度0km/hとなり、車内の空間に入れるということでしょうかね？？
そこからカラスが羽ばたくかそうでないかで動きが変わる。。。と。
　(単純計算ではありますが)

回答No.1

noname#160321

開いている窓の付近で非常に複雑な流体力学的な挙動が起きるので、カラスはちょっとまごつきますが、無事に入って来るでしょう。^o^
数学的に説明する方がずっと大変。

お礼

はい。
無事に入れるでしょうが、入った後のカラスはどのようになるのでしょう？