[力学1]monkey hunting

「物理学のはじまり 天才ガリレイの登場」において落下の法則を扱いました。おさらいしておきましょう。

落下の法則:物体が落下の際移動する距離は、時間の二乗に比例する。(重さにもよらない)

図1:落下の法則

転がす対象となる物体は、羽などの極端な物質でなければ重さが異なっていても落下するのにかかる時間は同じです

それを応用してみた面白い例がこのモンキーハンティングになります。内容を紹介いたしましょう。

図2:モンキーハンティング解説その1

図2のように左下の人が木にぶら下がっている猿に狙いを定めています。猿が発砲と同時に、玉を避けようとして木から飛び降りたらどうなるでしょうか

実は、玉は猿に当たってしまいます。したがって図3のようになってしまいます。

図3:モンキーハンティング解説その2

 

この結果は、上に書いたガリレイによる「落下の法則」によって理解することができます。

重要なのは「鉄砲の玉」と、「猿」という「物体」は、重さがたとえ違っても、落下する際には関係がないと考えられ得ることに注意してください。

そして、上の図を次の図4のように考えてみましょう。

図4:モンキーハンティング解説その3

少し図を回転させ、鉄砲の向けている方向が水平面になるようにしてみました。そして、重力の方向を、赤色矢印と白色矢印に分解してみました

するとどうでしょう、この図の見方で考えれば、「下方向への落下」は「鉄砲の玉」も「猿」も全く同じになります。ですから、例えば鉄砲の玉を飛ばさずにその場で落とすだけにすれば・・・図5のようになります。

図5:モンキーハンティング解説その4

ですから、たとえ鉄砲の玉に図5右方向へと速さを持っていたとしても、落下距離は全く同じなります。よって、図6のように考えられます。

図6:モンキーハンティング解説その5


 

 

おわかりいただけたでしょうか?このようにして、お猿さんは発砲と同時に避けようとしたのが不幸で、その行動はまずかった、というわけですね。

筆者が高校生の頃にはこの実験をやったのですが、現実にはなかなかうまくいかなかった記憶があります(笑)。ですが、こちらの塾ではそういううまくいかないところも含め、生徒たちの議論の対象にしていけたらいいと思っております。

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