【電車で体が傾くのは慣性の法則】ニュートンの運動3法則を知ろう!

こんにちは!

悩む子

なんで電車に乗ってると体が傾くんだろう

こんな疑問に答えていきたいと思います!

シモ

電車に乗っていると体が傾くのは、「慣性の法則」がはたらいているから!

疑問を持つ子

慣性の法則ってなに??

慣性の法則はニュートンさんが見つけたニュートンの運動3法則のひとつ!

驚く子

もうわけわからーん!!

なんて方にも分かるように解説していきますので安心してください!

シモ

電車の仕組みを理解するには慣性の法則はとても大事!電車の動きと合わせながら解説します!

この記事でわかること
  • ニュートンの運動3法則
    • 慣性の法則:すべての物体は、力を加えない限りその状態を保とうとする
    • 運動方程式:物体にはたらく力=物体の質量(重さ)× 物体が動く勢い(加速度)
    • 作用反作用の法則:物体に力が加わるとき、同じ力の大きさで反対の力が作用する
  • 電車に乗っていると体が傾くのは、慣性の法則がはたらいているから!

それでは、よろしくお願いします!

目次

ニュートンとは??

そもそもニュートンとはどんな人なのか、簡単にプロフィールです!

アイザック・ニュートンとは

17世紀、イギリスに生まれた自然科学者(物理・数学・天文学など)

子供の頃から実験が好きな少年だったとか。おそらく最も有名な発見に

りんごが木から落ちるのを見て、「なぜ横や上ではなく下に落ちるのか」

という疑問から、重力がはたらいていること(万有引力の法則)を見つけたことがある。

そこから運動の3法則を導き出すなど、現代における運動科学の基礎を確立させた偉大な科学者である

以上が偉人・ニュートンさんの紹介でした!

では実際に運動の法則についてお話していきましょう!

ニュートンの運動の第1法則(慣性の法則)

慣性の法則:すべての物体は、力を加えない限りその状態を保とうとする

もう少し簡単に言うと

  • 止まっているものに力を加えなければ動かない
  • 動いているものに力を加えなければ止まらないし、加速もしない

となります!ここで電車に乗っていると体が傾いてしまうことについて考えます

  • 加速するときに進行方向と反対側に体が傾く
  • ブレーキがかかって減速するときに進行方向に体が傾く

これは電車と接している足は電車と同じ動きをするのに対して、体には力が加わっていないためそのままの位置に残ろうとします

このため体と足でズレが生じて体が傾いてしまうのです

加速時にはたらく慣性の法則
加速時にはたらく慣性の法則
減速時にはたらく慣性の法則
減速時にはたらく慣性の法則

これが慣性の法則です!

ニュートンの運動の第二法則(運動方程式)

運動の第二法則は以下の法則です

  • 運動方程式:力は物体の質量(重さ)と物体が動く勢い(加速度)を掛け算したものである
  • F(Force:力)=m(mass:重さ)× a(acceleration:加速度)

です。これも非常に重要な法則です

加速度と言うのは加速したり減速したりする力の度合いのことです

電車の場合、加速度が一定でないと

  • 毎回大きく揺れてしまったり
  • 走るスピードが変わってきてしまう

ので運転士さんの運転が非常に難しくなります。なので加速度が一定になるようにします

  • 電車にたくさん乗車している状態だと、より大きな力で動かす・止める
  • 電車にお客さんが少ないと、より小さな力で動かす・止める

ということになります。具体的に見ていきましょう!

電車における運動方程式の計算例

具体的には加速度a=1で一定にしたいとします。a = F / mなので

  • 質量mが100の時は、力Fは100
  • 質量mが1000の時は、力Fは1000

にすればa=1になります

つまりお客さんの数=重さに合わせて、電車を動かす・止める力をコントロールする必要があるということです!

これが運動の第二法則になります!

このお客さんの数=重さをどうやって把握しているかはこちらの記事で解説しています

ニュートンの運動の第三法則(作用反作用の法則)

3つ目の法則は「作用反作用の法則」になります!

作用反作用の法則:物体に力が加わる時、同じ力の大きさでその力の向きと反対の力が作用する

です。例えば走る時に地面を強く蹴ると大きく足が上がり、速く走ることが出来ます

これは地面に強い力を加えることで、その反対向きの強い力(反力)がはたらき、地面から強い力をもらうことで速く走れるということです

電車の場合、皆さんは電車同士が連結するシーンを見たことがあるでしょうか?連結する際にはスピードを速くすると大きな衝撃となり

電車が壊れたり、強い揺れでお客さんに迷惑をかけることになります

これはスピードが速い=力が強いことになるので、その分反力も強くなってしまいます

なので連結の際には出来るだけ距離を詰めてから、ゆっくりと連結しています

伊豆高原駅にて連結する伊豆急8000形
伊豆高原駅にて連結する伊豆急8000形

まとめ:電車で体が傾くのは慣性の法則が働いているから!ニュートンの運動3法則を理解しよう!

この記事のまとめ
  • 慣性の法則:すべての物体は、力を加えない限りその状態を保とうとする
  • 運動方程式:力は物体の質量(重さ)と物体が動く勢い(加速度)を掛け算したものである
  • 作用反作用の法則:物体に力が加わるとき、同じ力の大きさでその力の向きと反対の力が作用する

以上3つを覚えておきましょう!

そして電車に乗ると体が傾いてしまうのは慣性の法則が働いているから!も覚えておきましょうね!

この3つの法則は電車以外でも、日常生活を説明するのにも非常に重要なことです

シモ

ぜひこの機会に知っておいてくださいね!

今回は電車のことは少なめでしたが、このように電車を通して力学や電気を学ぶことも目的の一つなので、ぜひ楽しく理解してもらえたら嬉しいです!

その他、電車が動く仕組みについても一緒に勉強しましょう!

それでは、ありがとうございました!

電車を好きになろうブログでは、鉄道マン歴10年の筆者が鉄道に関することを記事にしております。

ぜひ他の記事と合わせて鉄道に興味を持っていただけたら幸いです!

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