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でﾎﾞｰﾙを投げたとします｡そのﾎﾞ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 実際のﾎﾞ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でﾎﾞｰﾙを投げたとしたら電車の外の人にはﾎﾞｰﾙは時速何ｷﾛに見えますか？
答3 時速ｾﾞ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 地表に対して時速ｾﾞ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､本当はﾎﾞ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｡

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 のﾎﾞｰﾙを投げる様子を考えます｡
ﾎﾞｰﾙが手から離れた瞬間から､1秒後には 16m 先にﾎﾞｰﾙがあります｡


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｡


ﾎﾞｰﾙは､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｡


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､ﾎﾞｰﾙは時速 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｡


電車の外の人から見ると､こう見えます｡


外の人から見ると､1秒後のﾎﾞ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｡

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

外から見れば､
進行方向にﾎﾞｰﾙを投げると､進行方向側のﾄﾞｱはﾎﾞ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ﾎﾞｰﾙを投げると､逆方向側のﾄﾞ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つのﾎﾞｰﾙはやはり同時にﾄﾞｱにぶつかります｡
外の人からは､進行方向へのﾎﾞｰﾙは､速度が速い分長い距離を､
逆方向のﾎﾞｰﾙは､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､
進行方向に投げたﾎﾞｰﾙは｢もともとの電車の速度＋ﾎﾞｰﾙの速度｣に見えます｡
逆方向に投げたﾎﾞｰﾙは｢もともとの電車の速度?ﾎﾞｰﾙの速度｣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｡