EMANの物理学 過去ログ No.5610 〜

 ● 初歩的な疑問

  投稿者:SMAN - 2008/10/25(Sat) 12:05  No.5610 
昨日電車に乗っていると目の前の人のTシャツのちょうど胸辺りに蛾がとんでいました。連れてきたんですかね?ただ、その蛾はほぼ同じ位置で止まる(掴まる)ことなく飛んでいました。
馬鹿な質問かもしれませんが電車が加速度運動するとき、ほぼ同じ位置を保つにはどのような力が必要なのですか?それとも蛾には力はかかっていないのでしょうか?

何度も打つのはめんどうなので、もうひとつ質問。
これは学校の先生が授業がクイズのようにだしていた問題なのですが、密閉された水槽(空気は入っている)の中に小鳥を入れた。台秤で量ると水槽は100g、小鳥は20gです。小鳥がとんでいるときは台秤は何グラムを指すでしょう?答えは120gです。これは納得がいきました。小鳥が飛ぶ(高さを保つ)ことに対する作用反作用なのだと。では、小鳥が飛んでいるときに仮に急死したとします。(実際はあり得ないが…)すると小鳥が飛ぶ力を発揮しなくなり重力によって下向きに加速度運動します。このとき台秤は水槽の重さのみの100gを指すといいます。ここに納得がいかない。空気のことまで考慮するなら密閉された水槽の中がどうなろうと120gは120gじゃないでしょうか?仮に小鳥が地面に着いたまま飛び出すとなれば、これは水槽のなか云々ではなく直接台秤を蹴ったことになるので120g以上の値をだすと思います。また、落下して底面に激突したときも120g以上の値をだすと思います。では、合計の120gより軽くなることはありますか?

文章がへたくそでごめんなさい。

  投稿者:EMAN - 2008/10/26(Sun) 21:11  No.5620 
> 電車が加速度運動するとき、ほぼ同じ位置を保つにはどのような力が必要なのですか?

 電車の加速度ってどれくらいですかね?
 10秒で60km/hくらいになるとすると・・・時速 60 km は秒速で 16.6 m/s くらい。 1 秒あたりでは、1.6 m/s^2 となりますね。

 地表付近の重力加速度が 9.8 m/s^2 ですから、1/6 くらい。 重力の 1/6 くらいの力くらいしか掛かってないですね。

 人間は体重が大きいですから、ちょっと踏ん張らないといけないかも知れませんが、蛾にとっては体重を支えること自体はそれほど苦労はないかも知れません。 蛾にとっては空気の粘性が大きいですし、気流に逆らって進むことの方が苦労が要るでしょう。 その点、電車の加速は、車内の空気を一方に押し流すほどではありませんから、苦労はないように思います。

  投稿者:EMAN - 2008/10/26(Sun) 21:30  No.5621 
> では、合計の120gより軽くなることはありますか?

 とりあえず、細かい説明は後回しにして、こんな状況を考えてみたらどうでしょう。 助けになるかどうか・・・?

 自分が秤の上に乗って静かにしている。 60kg を指している。

 この状況から、自分は秤から足を離すことなく、この目盛りを上げることも、下げることもできます。 急に背伸びしたり、あるいは急にしゃがみこめばいいです。

 この場合、自分は空気を押したりして飛び上がっているわけではないので、鳥より話は分かりやすいでしょう。 自分の周りを覆うカバーを秤の上に載せても載せなくても、同じことができます。

  投稿者:SMAN - 2008/10/27(Mon) 22:06  No.5622 
EMANがコメントくれた(笑)
電車の話とても納得しました。
でも、後者が納得できません。
小鳥が押しているのは空気であって量りではありません。
こう考えるとどうなりますか?
自分の頭上をジャンボジェットが通りすぎます。
小鳥の話が通るなら、かなりの圧を感じるとおもいますが
そのような経験はありません。(経験不足なだけ?)
話が若干それた気がしますが返答いただけるとうれしいです。

  投稿者:EMAN - 2008/10/28(Tue) 08:30  No.5623 
 喜んでもらえて良かった。

> でも、後者が納得できません。
> 小鳥が押しているのは空気であって量りではありません。

 ではこう考えたらどうでしょう。
 小鳥を空中に支えているのは空気である。
 これは人間が秤の上に木の台を置いてその上に立っているのと、どれほど違うと言えるだろう。 硬いか柔らかいかの違いだけではなかろうか。
 人間がその台から滑り落ちるとき、それは急にしゃがみ込むのと同じではないだろうか。

 台が硬いか柔らかいかが大きな違いだと感じるなら、その中間を考えてみてはどうでしょう。 人間が巨大プリンの中に沈み込まないようにバタバタしている光景。
 プリンが崩れて散らばらないようにケースを付けてもいい。 空気は簡単に散らばるので、散らばらないように完全密封しておいてあるだけ。



> そのような経験はありません。(経験不足なだけ?)

 経験不足ですな。(笑
 いや、私も自分では経験がないのですが、話は聞くことがあります。

 ジャンボジェットが覆いかぶさってきたら絶対死ぬー、と思いますが、自分ひとりで支えることを考えてはいけませんよ。
 ちょっと調べてみましょう。
 ジャンボジェットの重量は機種によって違いますが、大きいタイプで約400トン。翼面積は約 500 m^2 。 ま、概算だからこんな数値で良いでしょう。 その圧力は、400000kg * 9.8/500m^2 = 7840 Pa(パスカル)

 一方、標準大気圧の 1013 hPa(ヘクトパスカル)ってのは 101300パスカルのことですから、ちょっと気圧が増えたかな?って感じでしょうね。

  投稿者:hirota - 2008/10/28(Tue) 12:40  No.5624 
密閉容器内で鳥が飛ぶ問題は以前TVでやってたけど色々無視した効果があって不満でしたねー。
まず、鳥が空気の浮力を受けてることが無視されてるし、鳥が飛んでるときは羽ばたいてるから一定の力ではなく、羽を打ち下ろしたときに発生した下降気流が底に当たるときは重さの増加として観察されるが、羽を上げたときの気流が天井に当たると重さの減少になる。(鳥の位置によっては底と天井に同時に当たるかも・・鳥が滑空してるとまた違うなー)

  投稿者:EMAN - 2008/10/28(Tue) 15:10  No.5625 
 あ、さっきのジャンボジェットの計算は、離陸直後の、すぐ真上にジャンボがいるときの話ですよ。 気圧が上昇して、鼓膜が押されたようになるんですって。 まぁ、轟音でも鼓膜が破れそうになるけど。

 かなり上空にあるときは、付近の空気全体が支えてるようなもんですから、ほとんど感じられないのだと思います。

  投稿者:SMAN - 2008/10/31(Fri) 10:50  No.5635 
EMANさん、hirotaさんありがとうございます。
今日例の問題の先生の授業があるので
自分がどこまでわかったかを試すために
飛行機の話とか先生にしてみたいと思います。