物理学の単純な疑問（慣性の法則）

質問

単純な疑問ですが、例えば人間が動いている乗り物に乗っている時にジャンプした場合、なぜ体が後ろに引っ張られないのでしょうか。仮に時速１００キロで走っている巨大な乗り物があって、その中で１０メートルジャンプしても同じ地点に着地すると思います。これは走っている電車の中で空間自体が動いているため体が前に押されているということでしょうか。
なぜ１０メートル上がって降りてくる時間分後ろに下がらないのか不思議です。
極端な話、１００メートルくらいジャンプして戻ってくると、結構な時間が経っていると思います。それでも同じ地点に着地するのでしょうか。それとも若干でも後ろに下がるのでしょうか。
つまらない質問ですが、よろしくお願いします。

回答No.1

kon555 · ベストアンサー

空気抵抗とか風の影響、ジャンプの精度その他諸々は無視して理論ベースで回答すると、100ｍでも200ｍでも、垂直に飛んだなら貴方の言う「同じ地点」に着地します。後ろに引っ張られたりはしません。
　そもそも地球という天体自体が凄い速度で自転と公転しているわけで、いわば乗り物です。しかしジャンプしても西の方向に吹っ飛んで行ったりしません。

　しかしこれは「体が前に押されている」というわけではありません。むしろ、どこからも押されないから同じ地点に着地する、と言えます。
　貴方がタイトルに書いている慣性の法則によるものです。
　物体の運動状態は、外部から力が加わらない限り同じ状態を続けます。止まっている物は止まったまま。進んでいる物は進んだままになります。
　これに対する『なぜ』については、エネルギーは勝手にどこかに消えたり、無から出現するわけではないからですね。エネルギー保存の法則です。
　物体の運動もエネルギーの形態の1つですから、減速や加速はエネルギーの移動です。しかしエネルギーは勝手に消えたり増えたりできませんから、運動状態も保存され続ける事になります。

　余談というか補足というかですが、乗り物が加速や減速している状態なら話が変わってきます。
　これもエネルギー保存則で考えると、加速や減速というのはエネルギーの移動です。つまり「乗り物」はどこかとエネルギーのやりとりをしています。車の場合なら相手は地面ですね。
　乗客が乗り物に触れている(座席に座っていたり、手すりに捕まって立っていたり)なら、車と乗客の間でもエネルギーが受け渡され、乗客は乗り物と一緒に加減速します。
　しかしこの最中に乗客が空中にいたら、エネルギーはどこへも移動しませんから乗客の運動状態は乗り物から取り残されます。こうしたケースなら、ジャンプした地点より前後に着地する事になります。

回答No.3

heyboy

簡単ですよ。
乗り物と一緒に人にも
乗り物の速度による
慣性の法則により
移動しているからです。

逆に乗り物に乗っていて
人が外側に行くとか
急ブレーキで
よろめくのは
まさに慣性の法則そのもので
「人にかかった慣性が
乗り物についていけなくて
外や前に移動する」のです。

まあ、意外かもしれませんが
地球の自転はメチャクチャ
早いですよ！↓
https://kids.gakken.co.jp/kagaku/kagaku110/science0289/#:~:text=%E5%9C%B0%E7%90%83%E3%81%AF%EF%BC%91%E6%97%A5%E3%81%AB,%E3%81%A6%E3%81%84%E3%82%8B%E3%81%A8%E3%81%84%E3%81%86%E3%82%8F%E3%81%91%E3%81%A7%E3%81%99%E3%80%82
でも、慣性の法則により
自分達や自然物は
地球の自転を感じません。
ありえない事ですが、
地球の自転が止まったら
地球上の全ての物は
西の方角へぶっ飛んでいきますね。

回答No.2

noname#247529

答えは質問者さんが質問の件名に記している通り、慣性の法則のため。

止まっているものは止まり続けようとします。そして、動いているものは周囲から何の力も受けなくなったら、その時点の速度(速さと方向)で動き続けようとします。

>これは走っている電車の中で空間自体が動いているため体が前に押されているということでしょうか。

動かない空間自体という考え方はしません。そもそも地球が、そして太陽系全体も猛スピードで動いています。ただ、動いている電車の中には同様に動いている空気がありますから、空気抵抗の影響を考えず、慣性の法則を感じることができます。

実際の地球上では、乗り物の外には大きな空気抵抗もありますから、その抵抗のため、ジャンプして乗り物の外に飛びでたのなら、一緒に動いていない空気に押されて乗り物に戻る時には後ろに下がります。けれど、そういう空気抵抗がない状況を考えるとしたら、同じ地点に着地します。

ちなみに、難しくなるのを防ぐため、空気が太陽などに温められたり冷やされて起こる風(対流)などの動きはないとして考えています。