電車の中から銃をうったらどうなるの?

fun 2019/08/13
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主人公が電車の中から敵に向かって引き金を引く鬼気迫るワンシーン。アクション映画の中で誰もが目にしたことのある光景でしょう。

でも、発射された銃弾が、電車の外に立っている人々から見るとどう見えるのかを想像したことはありますか?2つの動く物体、つまり電車と銃弾が生み出す物理は、状況に一体どんな影響を与えるのでしょうか。

相対速度

まず初めに断っておかなければならないことがあります。それは、「銃弾の速度が電車の速度と一致している」ことを前提に、この記事を読み進めていただきたいということです(現実には、ほとんどの銃弾の速度は電車の速度を上回りますが)。

もしあなたが停止している電車の最前列の車両にいて、そこから時速1,000キロで移動する銃弾を発砲したとしたら、その銃弾は当然ながら時速1,000キロであなたから遠ざかっていくでしょう。さらに銃弾は、地面に静止しているすべての物体(銃弾を放った方角にあるもの)へ向かい、同じスピードで移動しているように見えるはずです。

これは、地面に静止している他の物体と同じようにあなたも静止しているため、銃弾の相対速度は元々の速度と変わらず、時速1,000キロのままだからです。

では、時速1,000キロで動いている電車の中から、前方へ向かって時速1,000キロの銃弾を放った場合はどうでしょうか?この場合も、銃弾は電車が静止している場合と同じように時速1,000キロで移動しているように見えるのでしょうか?

答えはYesです!

進行方向に発射したら?

前のケースでは、あなたはまったく動いていない電車の中にじっと静止していたため、あなたと電車の間の相対速度は0です。

これに対して、今回あなたは時速1,000キロで走る電車の中に立っているわけですから、あなたもまた電車と同じ時速1,000キロの速度で移動していることになります。あなたと電車の間の相対速度は、この場合も0です。これこそが、あなたから見ると銃弾が前方へ移動しているように見える理由です。

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ですが、あなたが銃弾を電車の進行方向と同じ方向へ発砲する時、それを電車の外から静止して見ている人がいることを想像してみてください。彼らの目には一体何が映るでしょうか?彼らが見る光景と、あなたが目にした光景は、何かが異なるのでしょうか?

その答えはYesです。電車の外にいる人から見ると、銃弾は時速2,000キロで飛行しているように見えます。人は地面にじっと立っているわけですから、人と電車の相対速度は1,000キロになります。加えて、電車に対する銃弾の相対速度は1,000キロ。したがって、地面と弾の相対速度は、これらを合計した2,000キロになるというわけです。

進行方向の反対に発射したら?

話をもう少し複雑にしてみましょう。電車の進行方向とは反対の方向に銃弾を発射した場合はどうなるのでしょうか?

この場合、電車の外にいる人から見て、銃弾のスピードが0になったように見えます。なぜなら、銃弾と電車が同じ速度で反対の向きに移動する時に生じる相対速度は互いに帳消しになり、0になるからです。

相対速度は、異なる物理量の間で生まれる相対運動を扱う広範な分野の一要素に過ぎません。

ですが、この電車と銃弾の例からも分かるように、相対速度は日常生活の中にさまざまな形で存在しています。

車に乗っている時に後ろから走ってくる車に追い越されると、自分が乗っている車が後戻りしているように感じたり、雨の中で自転車を漕いでいると、雨が自分に向かって来るように感じたり…。これらは、どちらも相対速度の例です。

身の回りをよく観察して、身近に隠れている色々な相対速度を探してみたら面白そうですね。

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reference: scienceabc / written by まりえってぃ

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