電車の中のハエ

質問

今、停車中の電車の中にハエが一匹飛んでいると想像してみてください。電車が動き始めたらハエは電車の動きに取り残されるのでしょうか？　乗っている人間は電車と接触していますから、摩擦力で電車に引っ張られて動くというのは分かるのですが、ハエは電車とは接触していないから、なんだか取り残されるような気がします。

　しかし、もし仮にハエが電車の動きに取り残されるのだとしたら、何もハエじゃなくて、電車と接触していない空気分子も同様に取り残されるはずですから、電車の中に乗っている人は、風を感じてしかるべきだと思うんですね。

　ですがもちろん、電車が動き始めたときに風を感じた人はいないと思います。

　これは一体どう説明したらいいでしょうか？
　よろしくお願いします。

回答No.6

SortaNerd · ベストアンサー

>もちろん、電車が動き始めたときに風を感じた人はいないと思います。
え、しょっちゅう感じていますよ。みなさんは感じたことが無いのですか?
乗客が全員座っていて真ん中の通路が空いている時、かつ車両間のドアが何両にもわたって開け放たれている時にははっきりと風を感じます。
窓は開いていた方がよいと思いますが、真夏でクーラーがかかっていて窓が開いているとは思えない時期でも風は起こっていました。

お礼

そんなバカな！　と思っていろいろな人に聞いてみたら、案外、「風？　感じたことあるケド」という人がいて、びっくりしました。自分が知らないだけだったみたいです。

　風を感じる（つまり、空気分子が動いている）のであるなら、全く矛盾はありませんね。

　ありがとうございました。

回答No.7

mtaka2

以下、完全に密閉された車内での計算です。

電車の加速度は、普通の電車はせいぜい3km/h/s程度です。
これは、「毎秒、時速3kmずつ速くなる」加速度であり、3km/h/sをmks単位系に直すと0.8m/s/s。重力の約1/10程度です。

電車の車両は約20mですから、このとき、車両の前の端の後ろの端では、
約2mの高度差に相当する気圧の違いが発生することになります。
通常、9mで1hPaの気圧差が生じますので、2mだと約0.2hPaです。

1気圧は約1000hPaですから、これは気圧の10000分の2倍です。
車両の中央で観測すると、前から後ろへ空気が全体の10000分の1だけ移動することになる(1000hPaとなる位置を基準に考えると、中央部は1000hPaのまま、後端は1000.2hPaで、その位置より後ろの半分は平均して1000.1hPaになり、気圧が1.0001倍に圧縮される=体積が0.9999倍になる。逆に前半分は平均999.9hPaで、体積が1.0001倍になる)ので、
つまり、10メートルの0.0001倍=1mmの空気の移動が起きることになります。

以上、かなり大雑把な概算ですが、
密閉した車内では、加減速時の空気の移動は1mm程度であり、空気の1mmの移動を「風」として感じるのは難しいでしょうね…

> 例えば走行中の電車が急停車したら、ものすごい風が吹き荒れることになりませんか？

普通の急停車だと、非常ブレーキの加速度は5km/h/s程度で、上述の通常加速時の加速度とそれほど大きく変わりません。空気の移動は2mm弱。
衝突事故レベルのものすごい急停車なら、体感できる空気の移動が起きるかもしれませんが、そのときは乗客もただではすまないでしょうし、
そこまでになったら、空気の流れを体感するどころではないでしょうし、
乗客の移動にともなって車内がかき回されることによる空気の移動の方が大きいかと思います。

回答No.5

mazeran

質問の内容を変更して申し訳ないですが、「ハエ」を、「ヘリウム又は水素の入った風船」として説明します。

電車内の空気の移動は実際に起きているのですが、人間の肌などではなかなか「風」として感じることができないくらいの移動です。
実際、このような風船を入れてみるとわかると思うのですが、電車が動き出したときには、風船は進行方向（前側）へ移動し、ブレーキをかけると後ろ側へ移動します。
Ｎｏ，４の方が書いておられますが、電車が動き出すと空気にも質量があるので、慣性力で後ろ側へ押しやられます。
風船は相対的に空気の密度の低い方へ移動しようとしますので、前側に動きます。

「風」と言うのは、連続した空気の流れで起きますが、電車のように密閉された空間では、空気の慣性により密度が微妙に変化するだけなので、風のように連続して起こることがないために、人の肌では感じることが難しいのです。
電車程度の加速度では、空気の質量を慣性の力で大量に移動できないと言うことです。
空母から飛び立つ戦闘機並の加速度を与えると、かなり強い空気の移動を感じることができると思いますよ。

電車の中での風船は、なかなか実験できないと思うので、車の中で行ってみてはどうでしょう。
発進、停止でもいいですが、カーブの方がわかり易いかも知れません。
右へ曲がると風船は右に移動し、左の曲がると左に移動します。
つまり車内の空気の密度が慣性力で変化するわけです。

電車の中でも車の中でも、加速度を生じれば空気の密度も変わります。
しかも「一様」に変化するため、空気も「流れ」と言うよりは「移動」と言うレベルになってしまいます。
どこか一点に集中して移動すれば、かなりの移動となるので「風」レベルに感じるかも知れません。
たとえば電車の後ろ側の壁に小さな穴が空いており、その穴の傍に顔を近づければかなりの風として感じることができると思いますよ。

回答No.4

mtaka2

空気分子は確かに取り残されますが、
相対的に、空気分子は車両の後ろの方に移動していきますから、密閉した車内では、車両後ろの方が空気分子の密度が増え、気圧が高くなります。
逆に車両前方は空気分子が減って、気圧が下がる。
そうすると、空気は気圧の高い後方から気圧の低い前方に移動しようとしますから、
その力が釣り合ったところで空気分子の移動が止まります。

現実としては、空気も移動しているが、「風を感じる」ほどは移動しない、ってとこですかね。

補足

なるほど。

　と、一瞬納得したのですが・・・

　そうすると、例えば走行中の電車が急停車したら、ものすごい風が吹き荒れることになりませんか？　「急停車」では無いにしても、普通に電車に乗っている通勤通学の利用者は、風を感じるくらいは日常的にできると思うのですが・・・。

回答No.3

Ichitsubo

窓も壁も天井もない電車であれば空気は電車から取り残されることになり、飛び続けているハエも置いてけぼりになります。
しかし、多少の窓が開いていても壁があり天井があり、電車から見ると空気の流れを妨げるようになっていますから。

回答No.2

indoken

電車の窓が閉まっていからじゃあないのかな?

回答No.1

FEX2053

ハエは十分に軽いので、空気の粘性に引っ掛かって電車と同じように
加速します。ハエ自体は「電車の加速」は体感出来ている筈ですが、
自身の飛行によるＧ変化の方が大きいので、明示的に分離して体感し
ているかどうかは疑問です。

人間のように十分重い場合、航空機の急降下等で周囲から「浮いて」
居れば、航空機のＧ変化に合わせて体が移動します。これは宇宙飛行
士などの航空機を利用した「無重力時の動作訓練」でわかります。

補足

なるほど・・・空気の粘性ですか・・・。

　確かに、ハエの周囲の空気が電車とともに動けば、それによってハエは動かされそうですが、肝心の空気（つまり、その分子）はどうやって動かされるのでしょう？

　FEX2035さんのおっしゃる通りに、物体が周囲から浮いている――つまり接触を絶っている――場合、周囲の運動から「取り残される」のであるとすれば、例えば、電車の中空で勝手気ままに熱運動をしている空気分子は、電車の運動に「取り残される」ということになりはしないでしょうか？

　その場合、電車の中に乗っている人間は、風を感じるはずだとおもうのですが・・・。