走っている電車の中でジャンプすると、どうなるでしょうか？
電車は前に進んでいるのだから、ジャンプしている間に床だけが先に進み、自分は後ろに着地しそうですよね。
ところが、一定の速さでまっすぐ走る電車の中では、ジャンプしてもほぼ同じ場所に着地します。
なぜでしょうか？
答えは、ジャンプする前から、私たちの体も電車と同じ速さで前に動いているからです。
この不思議な現象には、高校物理で学ぶ「慣性の法則」が関係しています。
電車でジャンプしても同じ場所に着地するのはなぜ？
例えば、時速60kmでまっすぐ走っている電車を想像してください。
車内で立っている人は、電車に対しては止まっているように見えます。
しかし、地上から見ると、その人も電車と一緒に時速60kmで進んでいます。
ここで真上にジャンプしてみましょう。
ジャンプすると足は床から離れますが、体が持っていた前向きの速度は突然ゼロにはなりません。
そのため、空中にいる間も体は電車とほぼ同じ速さで前進します。
電車も体も一緒に進むので、車内から見ると、真上に跳んで同じ場所へ戻ってくるように見えるのです。
※これは、電車が等速直線運動をしていて、空気抵抗などの影響が小さい場合の説明です。
秘密は「慣性の法則」｜動いているものは動き続ける！
この現象を説明するのが、ニュートンの運動の第一法則、「慣性の法則」です。
慣性の法則とは、物体に働く力がつり合っている、または力が働いていない場合、物体は静止し続けるか、同じ速度でまっすぐ動き続けるという法則です。
簡単に言えば、
「動いているものは、勝手には止まらない」
ということです。
電車内でジャンプした人も、もともと電車と一緒に前進しています。
空中では、重力によって上下方向の速度は変わりますが、水平方向には大きな力が働かないため、前向きの速度はほぼ保たれます。
つまり、ジャンプしたからといって、体だけがその場に取り残されるわけではないのです。
時速60kmの電車なら、ジャンプ中に何m進む？
実際に数字で考えてみましょう。
時速60kmを秒速に直すと、
60 ÷ 3.6 ≒ 16.7m/秒
です。
もし、ジャンプしてから着地するまでの時間が0.5秒だったらどうでしょうか？
進む距離は、
16.7 × 0.5 ≒ 8.3m
になります。
なんと、ジャンプしている0.5秒間に、体は地上から見て約8.3mも前に進んでいるのです。
もちろん、電車も同じ時間に約8.3m進みます。
だから、車内ではほぼ同じ位置に着地します。
| 見る場所 | ジャンプした人の動き |
|---|---|
| 電車の中 | ほぼ真上に跳んで戻る |
| 電車の外 | 前に進みながら弧を描く |
同じ運動でも、どこから見るかによって見え方が変わるのが面白いところですね。
急ブレーキや急加速のときはどうなる？
ここまでの説明は、電車が一定の速さでまっすぐ進んでいる場合です。
では、ジャンプしている途中に電車が急ブレーキをかけたらどうなるでしょうか？
空中にいる体は、それまでの前向きの速度を保とうとします。
一方、電車は減速するため、車内から見ると体が前方へ移動し、着地点が前にずれることがあります。
反対に、電車が急加速した場合は、電車のほうが先に進むため、車内から見ると体が後ろにずれることがあります。
| 電車の動き | 車内から見た着地点 |
|---|---|
| 一定の速さで直進 | ほぼ同じ場所 |
| 急ブレーキ | 前方にずれやすい |
| 急加速 | 後方にずれやすい |
※実際のずれ方は、加速度や空気抵抗などによって変わります。
なお、走行中の電車内で実際にジャンプするのは危険です。 転倒や周囲の乗客との接触につながるため、試さないでください。
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まとめ｜ジャンプしても体は前に進み続けている！
電車の中でジャンプしても後ろに飛ばされない理由は、体も電車と同じ前向きの速度を持っているからです。
今回のポイントを振り返りましょう。
- 電車内で止まって見える人も、地上から見ると電車と一緒に動いている
- ジャンプしても、前向きの速度はすぐには失われない
- この性質を説明するのが「慣性の法則」
- 急加速や急ブレーキでは、車内から見た着地点がずれることがある
普段は当たり前に感じる電車の中にも、物理の法則が隠れています。
次に電車に乗るときは、「自分も電車と同じ速さで動いているんだ」と考えてみると、いつもの景色が少し違って見えるかもしれません。
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