Question

セリ

(2)以降の解説お願いします！

第3問
空欄 1-6にあてはまる最も適当な答えを解答群から選びなさい。
重力が働かない宇宙空間(慣性系)で, 人工的に重力を発生させる方法の1つは, 円
筒を中心軸のまわりに回転させ, その側面の内側に固定された円筒世界(非慣性系)を
設定することである。この円筒の半径がRのとき, その角速度Ωを1 とすれば, 地球表
面上で感じる重力 (その重力加速度の大きさをgとする)と等しい人工重力を遠心力によ
って作り出せる。このときこの世界における力学的現象について考えてみよう。 以下, 円
筒内部は真空とし, 運動はすべて図の平面内で起こるものとする。
拡大図
0°
R
0
t%3D0
0
図1
図2(a)
図2(b)
問1 図1のように, 地面(円筒側面)の上に台車を静止させ, その上にばねばかりを載
せる。この状態で物体Aの重さを, ばねばかりで測定するとWだった。この台車を一定
の速さvで円周に沿って円筒の回転の向きに動かしてみよう。すると物体 Aの重さは
2 となる。次に, この台車をいったん静止させ, 逆向きに動かすと 3 の速さで, 物
体Aの重さはゼロとなる。
g|

R
問2 円筒内部に直立する高さの塔のてっべんから小物体を静かに放したとき, 円
2
筒世界の観測者からこの小物体の落下運動がどのようにみえるか考えてみよう
議論を簡単にするため, この円筒世界を慣性系からながめる立場をとる。 図 2(a)
(b)は, それぞれ小物体が放された瞬間 (r-0) と円筒側面に衝突した瞬間 (3)を慣
性系からみた図である。 ここで, 時刻 (30における塔の真下の点をO, 塔のてっぺんを
Q,時刻-における塔の真下の点をO, 小物体が衝突した地点をQ、 とする。 このと
き,Qは, 0 から円筒側面に沿って 4だけ離れ, 放されてから衝突までに要する時
間は 5となる。ー方, その間に塔は円筒と共に回転するため, その真下の点は, 円
筒側面に沿って0 から 6だけ離れた 0°に移動する。 これより明らかにQと0°は
一致しないことがわかる
この事実を円筒世界の観測者からみると, 落下途中, 物体にあたかも水平方向に
力が働いて落下点がずれたようにみえるであろう。 この力は慣性力の一種で, コリオリ
の力と呼ばれている