物理
高校生

垂直抗力の束縛条件(常に物体が床に接している)は「軌道の接線方向が相対速度方向を向くこと」と習ったのですが、速度方向ではなく相対速度方向である理由は何ですか?

力学 束縛条件 垂直抗力

回答

軌道の接線方向が速度方向であることはdr=vdtを考えれば常に成り立つことだとわかります。

しかし、台と物体が共に動く場合だと地面に対する物体の運動はかなり複雑で軌道を求めるのは大変です。

そこで、台に対する物体の運動を考えるのです。台に対して物体は常に接していますから、台に対する物体の運動の軌跡は簡単に求まります。
ここで注意しなければならないのは、台に対する変位を考えているときは、同じように台に対する速度や加速度を用いなければならないことです。(座標系を地面から台に変換したからです。)
よって、常に物体が床に接しているための条件は、床に対する物体の軌道の接線方向が相対速度方向を向くこと、になります。

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