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セルフ塾は閉めましたが、そのままの名前でブログを続けます。独学,独習。教わるより,学ぶを重視。 セルフラーニングの方法,英語,数学などの情報を発信するつもりです。

ガリレイの「相対性原理」は,動く歩道で
 相対性理論を理解するには,その前に,ガリレイの「相対性原理」を理解することが必要です。これは中学生にでも分かります。

 「相対性理論」を楽しむ本―よくわかるアインシュタインの不思議な世界 (PHP文庫)
 から引用します。

 私たちのいる場所が動いても,止まっていても,そこで起こる物体の運動やその法則は,私たちにとって全く同じものに見える。これをガリレイの相対性原理といいます。

 アインシュタインの相対性理論は,光速や,それに近い速度の物体のことが問題になります。とても速い速さのことです。それに対して,ガリレイの相対性原理は,とても遅い物体の運動です。
 だから,とてもイメージしやすいです。

 ふつうは,列車の中などを例にとります。列車の中でキャッチボールをするといった状況です。

 きのう,ふと思いつきました。動く歩道の方がもっとイメージしやすいのではないか,と。

 空港などに,ベルトコンベアーの動く歩道がありますね。歩道が動いているので,立ち止まっているだけで前に運んでくれます。通常約0.8m/sだそうです。時速に直すと,2.88km/時 。約3kmです。ゆっくり歩く速さです。

 AさんとBさんが二人でおしゃべりをしながら歩く歩道に立っているとします。Aさんから見ると,Bさんの速度は0m/秒です。逆もそうです。

 いま,動く歩道の外にCさんが立ち止まっているとします。Cさんから見るとAさんとBさんは,0.8m/sで進んでいるように見えますね。

 一方,AさんとBさんから見ると,Cさんは後ろの方に0.8m/sの速さで後退しているように見えます。

 急ぐ人のために左側に寄ってください,のような注意書きもあります。けっこうな人が右側を早足で歩いています。

 分かりやすいように,歩道が1m/秒とします。1秒間に1m進む。立ち止まっている人もその速さで前に進みます。
 さて,その横を歩いている人Dさんがいます。それも1m/秒としましょう。動く歩道に立っている人から見ると,その歩いているDさんの速度は1m/秒ですね。しかし,歩道の外に立っているCさんから見たら,動く歩道を歩いているDさんの速さは2m/秒に見えるはずです。1m/秒+1m/秒=2m/秒

 だから急いでいる人は,動く歩道を歩いたら目的地まで早く行けます。

 そのDさんが忘れ物をしたということで,Uターンし,動く歩道を逆に向かって歩いたとしましょう。

 1m/秒で歩いたら,どうなりますか。歩道は1m/秒で前に進む。Dさんは逆向きに1m/秒で進む。歩道の上に立っているAさんやBさんから見ると,後ろの方にDさんが歩いているように見えるでしょうね。
 でも,外にいるCさんから見ると,Dさんは同じところにいるようにしか見えないはずです。脚は動いているが場所は移動しないのです。
 1m/秒-1m/秒=0m/秒

 だれが見るかによって,運動はちがってみえる,ということです。

 ガリレイの相対性原理は簡単でしょう。

 
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