電車の速度と風速の関係性について

質問

わかりやすくするために、無風状態と仮定して質問します。
電車が時速６０kmで直線を走行している場合、電車の前方から電車の前部に当たる風速は、時速６０kmと考えてよろしいでしょうか？
もし、そうだとすると、電車の速度と風速は±０となりますが、この時、電車の前方の空気（の塊）は、動かない状態になっているのでしょうか？

回答No.1

noname#215361 · ベストアンサー

電車の走行を外から見ている第三者にとって、空気（の塊）は常に動かない状態にあります。
しかし、時速60kmで直線を走行している電車からは、空気（の塊）が時速60kmで電車に近付くように感じられます。
これが相対速度の考え方で、簡単には一方が止まっていると仮定した場合の他方の動きです。（この場合には、実際に空気（の塊）は止まっていますが。）
電車が時速60km（+60km）で走行している場合、電車が止まっていると仮定すると、空気（の塊）は電車の走行する向きとは逆に時速60km（-60km）で電車に近付くことになります。
相対速度は、直線で考える場合には単純に
（相手の速度）-（自身の速度）
になりますので、電車から見た空気（の塊）の動き（時速）は
0-（+60）=-60kmになります。
繰り返しになりますが、これはあくまでも電車が止まっている（速度が0である）と仮定した場合の値なので、電車の速度と風速は±0にはなりません。

お礼

ありがとうございました。

補足

ありがとうございました。とてもよくわかりました。
ただ、電車だけが時速６０kmで前方に走っているわけですから、前方にある空気を時速６０kmで押し続けるのではないかと思います。
でも、例えば、一枚の板が自分の顔に向かい、動かされたとき、板の周囲の風は感じますが、板のある部分の風は感じません。
動いている板や電車の前では風を感じないのはどうしてでしょうか？
空気に押し変えされ、空気の塊が動かないからなのですか？

回答No.3

ORUKA1951

静止している空気と同じ座標系　―風速0―←風速60km―
動いている電車の座標系　　　　―風速0→―風速60km―
　動いている電車の座標系から見ると、風が前方から時速60kmで向かってくるように観察される。

＞もし、そうだとすると、電車の速度と風速は±０となりますが、
　だからそうはなりません。

＞電車の前方の空気（の塊）は、動かない状態になっているのでしょうか？
　もしそうなら、その前方で同じ状態に陥る。

　ちなみに電車の表面では空気の粘性で空気は移動していません。だから小さな虫はガラスに張り付いていられる。

お礼

ありがとうございました。

回答No.2

noname#209171

こんにちは。

＞電車が時速６０kmで直線を走行している場合、電車の前方から電車の前部に当たる風速は、時速６０kmと考えてよろしいでしょうか？

違うと思いますよ。電車が時速６０ｋｍで走っている場合には、電車の抵抗を受けていない脇を通過する空気の速度が時速６０ｋｍになっているんです。

＞もし、そうだとすると、電車の速度と風速は±０となりますが、この時、電車の前方の空気（の塊）は、動かない状態になっているのでしょうか？

電車の速度と風速は±０となりますが、の意味が申し訳ありませんがわかりません。

ただ、走っている電車の前方の空気の塊は（厳密には違いますが）動かないと思って良いと思います。ただし、空気の塊が動かないように感じるのは、風速エネルギーが圧力エネルギーに変換されているからだと考えられます。

飛行機に付いている「ピトー管」を思い浮かべればなんとなく理解できると思います。

お礼

ありがとうございました。

補足

言われてみれば、もし、電車の速度と向かい風が同じ時速６０kmだとしたら、電車は前には動きませんよね。電車だけが時速６０kmのため、静止している風側から見たら、時速６０kmの速度で自分のほうに向かってくる。電車が静止しているとしたら、向かい風が時速６０kmで向かってくるように感じる、ということですよね。

ところで、走っている前方の空気の塊が動かないのはどういう原理なのですか？
この場所は風が吹いていない状態だと思うのですが、これはなぜでしょうか？