Question

のあ

（3）についてです。
（3）の外から見た時でも（2）のように物体には慣性力はかかってないんですか？
（3）も（2）と同じように見かけの重力のほうに落ちると思いました。

理系
水平に等加速度直線運動をする電車内に, おもりが天井から糸でつるされ
きに
の小
円
セミナー209 電車内の慣性力
な
さの
の
ている。 図のように、 電車内の観測者には, おもりは,糸と鉛直方向との
なす角が0となる位置で静止して見えた。 重力加速度の大きさをg とする。
(1)
電車の加速度の大きさはいくらか。
この加速度で電車が走行しているとき, 糸が切れたとする。
(2) 電車内の人から見ると, おもりの運動はどのように見えるか。
(3)電車外で静止している人から見ると、おもりの運動はどのように見えるか。
(1) 電車内からみたおもり
Scaso
(慣性力)
S (張力)
ma
電車外からみたおもり
→a
Scase S
a
Ssino
m
[リード
長さの
つるし
となす
(2)円
① 向
Ssing
mg (重力)
電車内からみると角度日で
静止しているようにみえる。
→力のつりあい
mg
電車外からみると、電車とともに
加速度運動しているようにみえる。
{水平方向は運動方程式
鉛直方向は力のつりあい
水平 S sin-ma=0... ①
水平ssinθ=
ma
鉛直
Scoso-mg=0…②
鉛直 Scoso
-
mg=0
mg
mg
② より S = coso
①に代入 mg
COSO
sino = ma
②よりS= cose
⑨に代入mg.sing-ma=0
coso
mg
[tan
a =
-
ma=0
gtamo
(2) 電車因からみると...
ma
⇒
静止
ma
(m²g² + m²α²
m²(g²+a²)
みかけの重力
mng' = (mg) + (ima)
mg = m√g² + a²
g' = √g+α²
mg
tano = ma
a
=
gtamo
M
(3) 電車外からみると...
K
mg
mg'
mg
mg
(みかけの重力
等加速度直線運動
加速度√g+αで
等加速度直線運動を
する。
7-
mg
糸が切れた後は重力のみが
はたらくため、加速度まで
水平投射となる。

Answer 1

ととろ

慣性力は見かけの力なので、電車の外から見ると慣性力は働いていない、
また電車は加速度αで移動するのだから、電車の外から見ると、物体は電車と一緒に加速度αで移動している
そこで紐を切ると水平方向には力は働かないので、
①水平方向の運動は切った瞬間の初速度で等速度運動、
②垂直方向は重力による自由落下
①②を合成した運動は水平投射と同じになります

のあ

みかけの力なのは分かるんですが、物体は電車が進む方向とは逆に動いてることは事実ですよね？それでも、慣性力がないこととして計算するんですか？

ととろ

＞物体は電車が進む方向とは逆に動いてることは事実ですよね？

そんな事実はないですよ？

あなたが駅で電車に乗って、その電車の扉が閉まって、電車が出発して加速しているのを、駅のホームで見送っているあなたの友達から見て、あなたはどちらに動いていますか？

のあ

電車が動く方です。

のあ

これのまま電車ことうごいてるってことですか？

ととろ

そうです。
外から見ると物体に働く力は重力と紐の張力、その合力により加速度αで動いています。
電車内の人から見ると、物体は静止しているように見えます。これは実際には自分も物体も同じように動いているので差引きゼロとなっているだけのことなのですが、電車内の人から見ると物体が静止しているのはおかしい、だから見かけの力 mα を仮定して、静止していると思い込むための辻褄合わせ、そのmαが慣性力です

のあ

こう考えると外から見た時は糸がきれたときに落下だけだと思うんですけど、糸がきられたときの初速度ってなんのことですか？

ととろ

＞物体は電車と一緒に加速度αで移動している
＞そこで紐を切ると水平方向には力は働かないので、
＞①水平方向の運動は切った瞬間の初速度で等速度運動、

物体は運動していたのだから速度を持っています