番組によって実験結果が異なる台車実験

質問

2355の夜ふかしワークショップで、台車にプロペラと帆を付けて、プロペラの風が帆に当たるようにしたら台車はどのように動くか、という実験を行っていました。
平成教育委員会でも全く同じ実験を行っていたのですが、なぜか2つの番組での実験結果は異なるものでした。
2355の実験では台車が帆のある方向に進んでいたのに、平成教育委員会の実験では台車は動きませんでした。
違いがあるとすれば平成教育委員会で使っていた実験装置が2355のものより少し大きかったくらいです。あとは全く同じ条件です。

なぜ同じ実験をしたのに結果が異なってしまったのでしょうか?

回答No.2

sailor · ベストアンサー

この実験の意味を考えると動かないと言うのが正しい答えなのでしょうけれど、実際に実験で帆のある方向に動いた例では、帆のたった風が帆によって向きを後方に変化させられたため動いたと言うことでしょう。

この実験で言いたかったのは、プロペラで作り出した力と帆が受ける力が逆方向になりそれがつりあうと言うことを言いたかったのであると思いますが、実際には帆に当たった風の一部は帆に当たり再度、向きを変えられてプロペラの方向に向かったため、その分がアンバランスとなり帆のある方向に進んだということでしょう。

この場合で帆がプロペラの作る風を１００％受けて力に変換すれば帆が受ける力の方向とプロペラの作る力の方向はまったく逆方向で等しいことになるので、台車は動かないと言う結果になるでしょう。しかし帆が
風を受けて膨らむ（中央がプロペラと反対側に膨らむように）ように変形した場合、帆は受けたエネルギー（風の流れ）の一部を膨らんだ面に沿ってプロペラがわに向いた斜めの流れを作ることになります。この流れは台車をプロペラと反対方向に進める力となりますので、台車は帆のある側に進むことになるでしょう。逆に帆が中央を頂点とした形に変形して帆の方向に斜めの風の流れを作った場合はプロペラのある方向に進むことになるでしょう。

この実験の本来の区的は力の均衡状態では全体としてどちらにも力が働いていないのと同じであると言うことを実証することにあるかと思いますが、その意味では動いてしまった方の実験は失敗であると言って良いでしょう。ただし理論上ではなく実際の状況を確認すると言う意味では条件次第でこのような場合もあると言うことで、どちらも成功であるともいえます。

実験と言うのは何を証明したいかによって条件を整える必要があります。クイズなどで実験に使用する装置が示されているのであれば、どちらも正当な問題といえるでしょう。

回答No.4

funflier

2355の方は見てなくて、平成教育委員会だけ見ました。
私は平成教育委員会の実験を見たとき、帆の方に進むと思いましたし、それを
示す実験だろうと思ってました。この根拠は2355を見ていなくとも世の中に実例が
あるからです。それはジェット旅客機のスラストリバーサーです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%80%86%E6%8E%A8%E5%8A%9B%E8%A3%85%E7%BD%AE
逆推力装置とか逆噴射装置などとも呼ばれます。この装置は形状に違いは
ありますが、今まで前から後ろに噴射していた排気を一旦せき止め、斜め
前方に噴出すことで前方推力の半分程度を後方に向け発生します。方法は
バケット（bucket）と言う正にバケツを半分に割ったようなものを後方に
可動してくっつける、ファンダクトをブロッカードアで閉鎖してカスケード
ベーンというブラインド状の隙間を作る、といったものです。
実験では、扇風機がジェットエンジン本体、帆がこのスラストリバーサーに
相当します。帆が弛んでいて、当たった風が方向を変えられ後方に流れる
ならこの推力が発生した筈です。

この実験、No.1のご回答にある通り、帆の形状と台車摩擦で結果が違って
来ます。帆が受け止めた風が大半横へ流れて逆に流れる分が少なければ
台車の転がり摩擦に勝てず動きませんが、帆が両端縦の棒に張られていて
下に逃げる風が台車自体にブロックされる、帆自体が半円筒でなく
半球状に弛むなどすれば発生する「逆推力」が大きくなって帆のある方
に進むと思います。これを帆でなく横にしか風が逃げられない「壁」に
してしまえば「動きません」と言い切っても正しかったのですが。

テレビ番組は限られた時間で、しかもクイズ形式だと白黒はっきりさせね
ばならず、細かい考察をすることなく強引に「用意した」結論に導いて
しまうので往々にしてこんなことが起きます。

回答No.3

noname#175206

基本的な理解では「動かない」として大丈夫です。

　もし、台車の上の帆とプロペラを密封できるように覆ったら、どうやっても動きません。

　力学的には、こうしたものを「内力」と呼びます。台車の例を分かりやすく作り変えると、台車の上に人が乗って、台車の帆の柱を『静かに』力いっぱい押しても動きません。

　もし内力で進めるなら、はやぶさがイトカワにたどり着き、そして帰って来るのに、扱いにくいイオンエンジンを使わなくて済んだはずです。

　平成教育委員会の実験例は、そうしたことを見せる実験なのでしょう。

　動いた台車の例に戻ると、これは外力が働いたことになります。非常に単純には、帆を取り外せば、プロペラが発生する風と反対方向に動くはずです。

　これはプロペラ飛行機と同じ仕組みですね。捕まえた空気を後方に加速して押し出すことにより、空気を介した外力を発生させています。

　台車に固定したプロペラの風を受けると、帆はある形になります。これがうまく丸みを帯びていると、受けた風を反対側に流すようになります。これは、プロペラで直接に空気を加速したのと同じ効果があり、進む力となり得ます。

　2355の実験が何を見せたかったかを推測すると、帆が受けた風と反対側に風を送り返すことができ、それも推進力になるのであれば、風を受けて進む帆船の帆にはベストの形があるということでしょうか。

　つまり、追い風の力だけでなく、それを跳ね返すことにより、理論的には2倍を上限として、単純な追い風の力以上の推進力を出せるということです。

　これを空気といった流体ではなく、二つの物体の衝突にしてみると、2355の風を跳ね返すほうは、当たりに行った物体が、当てられた物体一体とならず、跳ね返される状況と似ています。跳ね返される場合のほうが、当てられた物体の得る速度は大きくなります。

回答No.1

aokii

プロペラと帆の作り方と車輪の摩擦の違いです。

補足

それだけではいくらなんでも情報が少なすぎます。