はじめて質問します。 よろしくお願いします。

 
 時速60kmで走行している電車に乗っているとします。その車内で進行方向に向かって、
時速60kmでボールを投げたとします。そのボールは電車の外に居る人からは時速何キロメートルに見えているんですか? 実際のボールの速度は地球上で時速何キロですか?

 そして今度は逆に、進行方向とは逆の方向に時速60kmでボールを投げたとしたら電車の外の人にはボールは時速何キロに見えますか? こちらも地球上で時速何キロメートルで移動していますか?

回答の条件
  • 1人10回まで
  • 13歳以上
  • 登録:2015/02/25 18:49:38
  • 終了:2015/03/27 18:50:03

回答(3件)

id:NAPORIN No.1

なぽりん回答回数4718ベストアンサー獲得回数8712015/02/25 20:30:27

こんにちは。
 
時速60kmで走行している電車に乗っているとします。
問1その車内で進行方向に向かって、
時速60kmでボールを投げたとします。そのボールは電車の外に居る人からは時速何キロメートルに見えているんですか? 
答1 時速120キロメートルにみえています。

問2 実際のボールの速度は地球上で時速何キロですか?
答2 地表に対して時速120キロメートルというふうに言えます。

問3 そして今度は逆に、進行方向とは逆の方向に時速60kmでボールを投げたとしたら電車の外の人にはボールは時速何キロに見えますか? 
答3 時速ゼロキロメートルに見えます。

問4 こちらも地球上で時速何キロメートルで移動していますか?
答4 地表に対して時速ゼロキロメートルといえます。
 
あなたは相対速度と、
高校物理で習う等速直線運動のことをたずねています。
ただ、本当はボールは重力の影響を受けて落下する
(横向きの等速直線運動と、下向きの自由落下運動を兼ねている)ので、
問い1、2の場合ほぼ真横にみえますが、
問い3、4の場合、真下に向かって落としたように見えます。
 
また大学物理では相対性理論でもこの電車の例えがつかわれます。
時速60キロメートルなら上のように断言できますが、
光の速さに近づくとそうともかぎらなくなります。
 
もし興味があれば高校の教科書を入手してよんでみてください。

id:a-kuma3 No.2

a-kuma3回答回数4594ベストアンサー獲得回数19332015/02/25 22:42:06

時速 60km というのは、1時間で 60km 進む速度です。
1分だと、60で割って、1km 。
1秒だと、更に 60で割って、16.667m 。
1秒で、大体 16m 進む速度です。

電車の中で、時速60km のボールを投げる様子を考えます。
ボールが手から離れた瞬間から、1秒後には 16m 先にボールがあります。
f:id:a-kuma3:20150225223853p:image

電車も、時速 60km で走っているのでした。
電車の外にいる人から見ると、電車も、1秒後には 16m 先にいます。
f:id:a-kuma3:20150225223854p:image

ボールは、最初の位置から、16m の 2倍先の位置にあります。
一秒で、32m 動いたことになります。
f:id:a-kuma3:20150225223855p:image

同じ時間で、2倍の距離を移動した、ということは、速度が 2倍ということです。
つまり、電車の外の人から見ると、ボールは時速 120km で動いているように見えます。


後ろ向きに投げた場合も、考え方は同じです。
f:id:a-kuma3:20150225223856p:image

電車の外の人から見ると、こう見えます。
f:id:a-kuma3:20150225223857p:image

外の人から見ると、1秒後のボールの位置が変わっていません。
移動していない、ということは、時速 0km ということです。



こういうのは、難しい言葉では「相対速度」と言います。
物体が運動しているときの速度は、それを観測している人が移動していると、変わります。
2車線の道路で車が並んで走っているときに、同じ速度でとなりを走っている車が、ほとんど止まって見える、というやつです。

id:hsregret No.3

LS博士回答回数9ベストアンサー獲得回数02015/02/26 12:14:57

車両の中間地点から進行方向と逆方向に同時にボールを投げたときを考えます。
車内の人からみると、どちらのボールも同時に車両のドアにぶつかります。

外から見れば、
進行方向にボールを投げると、進行方向側のドアはボールから逃げるよう前方に移動します。
ですので、車内の半分より長い距離を進みます。
進行方向の逆の方向にボールを投げると、逆方向側のドアが近づいてくるため、
今度は車内より短い距離を進みます。
外からみても、2つのボールはやはり同時にドアにぶつかります。
外の人からは、進行方向へのボールは、速度が速い分長い距離を、
逆方向のボールは、速度が遅い分短い距離をすすむので同時に見えるわけです。

速度合成の法則により、
進行方向に投げたボールは「もともとの電車の速度+ボールの速度」に見えます。
逆方向に投げたボールは「もともとの電車の速度-ボールの速度」に見えます。
したがって、
進行方向へは60+60=120kmに見えます。
逆方向へは60-60=0kmに見えます。

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