✨ 最佳解答 ✨
＿「川の水分子の移動する速さ」をどの様に定義するか、に依ります。普通、分子の移動する速さは、閉じられた系の中で考えます。そうしないと、複雑になりすぎるからです。
＿正確ではないけれども、走っている電車の中で歩いている人の速度を考えます。電車の速度が川の流れの速さに当たります。人の歩く速さが、川の水分子の速さのに当たります。
＿普通は電車の中で歩く速度と言えば、電車に対する速度を考えます。しかし、電車の外の人が観測した電車の中の移動する速さを考えれば、電車の速度と同じに成ります。
＿なぜなら、コップの中の水は、外から力を与えずにひとりでに、勝手に動き出さないからです。電車の中で水分子の平均を取れば、静止しているからです。
＿「川の上を浮きながら流れる物体の速さ」は、色々な場合が考えられます。上に浮かんでいる物体に色々な力が働くからです。物体の沈んでいる部分の水に対する抗力、物体の浮かんでいる部分の空気に対する抗力、などです。
＿若しも無風で、初期状態で完全に川と同じ速度で動いていた、とすると、物体の浮かんでいる部分は、川の平均流速vで動いていることになり、静止状態で風速 v の向い風の中にある状態と同じになり、抗力を受けます。その力の分に依って生じる運動が生じ、物体の沈んだ部分の水に対する抗力が発生します。この2つの抗力の合力が川に対する物体の運動と成ります。
＿水に浮かぶ物体の大きさ・形状に依って、大きく違う結果が生じます。何れにしても、川の速度とほぼ同じか、それよりも少しだけ遅く成ります。
＿この、、「川の速度とほぼ同じか、それよりも少しだけ遅く成」るのは、無風状態の時です。
＿風が吹いている時は、川の流れの速度よりも速くなる場合も有ります。もっと複雑に成ります。
＿何れにしても、流体力学・流体物理学の知識が必要に成ります。
＿添付の設問では、船に乗っている釣り人の浮きの話しは出て来ていません。
＿船の速度は、船の浮いている部分による空気の抗力、船の沈んでいる部分の水の抗力、船のエンジンに依る推力、の3つの力の合力が合わさり、その結果として、静止状態の水でvsの等速度運動をしている、と言うことです。
えーと船に乗っている人の話ではなくて船の川の上での速度が、船の静水上での速度に川の流れの速度を足したものである理由がいまいちわからないのです
流れるプールで泳ぐようなものだと思うのですが、
＿競泳のアスリートが、フォームの確認の為に流れる水槽型プールで、自分の泳ぐ速度と逆向きの同じ速度で流れる水槽型プールで泳ぐ時、殆ど停止した状態になって、水槽プールの横からビデオ画像を取れるからです。
＿力の釣り合いの結果として、その速度になりますよ、と言う仮定が、簡単化のために与えられているからです。
＿滑らかな(摩擦を無視てきる)水平面上を速度vで等速直線運動をする板の上で、ラジコンの車がvsで動いている状態と一緒です。
その例えの場合、ラジコンは板との摩擦で進むため、板が等速ではなくなるのではないでしょうか？
質問の意図としては、静水上でVSで動く船であれば、速さvの川の上では、vに上乗せしてさらにVSプラスした速さで進めるのはなぜなのか？ということなのですが、とても難しいです。原理がわからなくてもいいのでそういうものだと捉えてもいいのでしょうか
＿設問は、船は、(静止した水で) vs の速度で動いているので、浮いている状態を考えなくて良い、と言う事です。
＿舗装道でも砂利道でもぬかるみでも、エンジンの出力を調整して、速度を一定に保つ自動車の様に、水に対して vs の速度一定をエンジンを調整して保つ、と仮定しているのです。
川の速さがvの川に、エンジンをかけないで船を浮かべたら、船がvで進むということで良いですよね？
浮いている状態を考えなくていいとはどういうことでしのうか？すみません何度も
＿船は動いているので、水に対して静止した状態は考えなくても良いです。
＿「川の速さがvの川に、エンジンをかけないで船を浮かべたら、船がvで進むということで良いですよね？」そう考えた方が納得し易いのであれば、この設問に関してはそう考えても良いです。
＿船の速度は、水に対する速度(相対速度)であるし、飛行機の計器の速度は、空気に対する速度(相対速度)だからです。
＿動いて、速度が測定出来ているのだから、浮かんでいる状態は考えなくても良いです。
＿飛行機は、周りが全部空気だから、まだ分かり易いのですが、船は、水と空気とを考えなければならないので、複雑なのです。
＿ラジコンの話しは、ゲスト上ちゃん さんの言う通りですね。
＿滑らかな平面の上に、滑らかな板、その上に車輪の動かないミニカーを動かしている状態を考えて下さい。
＿設問の仮定として、水に対して静止している状態はないから、です。エンジンの推力を調整して、常に水に対する相対速度を vs に保つ、と言う仮定だからです。
ありがとうございます。船が水に対する相対速度を常にVSにして保つということ=水がvで動けば、船はvプラスVSで動くということですね？船が静水上でVSで動き、エンジンをかけないで流れる川に浮かべたらvで船が流れることから、vプラスVSと考えても良いですよね？長々と付き合っていただきありがとうございました。
自分の中ではランニングマシンが1番想像しやすくて、走っているのに前後にほぼ移動していない状況が作られるのが不思議です。ランニングマシンの上で走らなければ落ちてしまうし、普通に道路を走ったら前に前進できますよね？それとこの問題の疑問点が同じ気がするのですが、どうでしょうか？しつこくて本当にすみません。考えすぎてしまう変な性格なんです
＿ランニングマシンの場合は、推進力がベルトを蹴った時の反力であるし、室内で無風状態として仮定し易いので簡単です。ベルトに対する相対速度だからです。
＿無風の一般道路で走っている軽トラの荷台でジャンプしても、荷台に降りますよね？でも、無風の高速道路の軽トラの荷台の上でジャンプして、その瞬間に傘を開いたら、空気の抗力で荷台から落ちる可能性が非常に高いです。
＿固体と固体との問題であるランニング・マシンは、反力による推進力と摩擦力との世界です。しかし、気体・液体といった流体の中では、摩擦は殆どゼロに近いです。抗力と言う考えに成ります。
＿流れ星が光るのは、空気摩擦で高温になるからではなく、流星の前面で空気が断熱圧縮され、そのために流れ星の前面の空気が高温になり、その熱が伝熱・輻射で流れ星が高温になり光るのです。
＿ですから、ランニング・マシンと舟の問題とは、同じ様に見えて、全く違います。
＿考えすぎても、良いですよ。
＿ラジコンの話しで、私の喩え話の不備を突いて来た時は、ああ、ちゃんと考えているのだな、と思いました。
＿だから、水面でエンジンを切っている時は、川の流れ v で動くのか？と聞かれて、正しくはそう考えてはいけない、と答えたのです。良く考えてない人が質問者だったら、川の流れ v で動く、と答えたと思います。
＿そして、良く考えている、と感じます。
＿但し、水の流れに対して静止している状態を浮く、と表現するのは、理系としては良くないです。浮く・沈むは、運動とは無関係の状態表現です。
では、この問題では、浮きの速度と、川の速度を完全に等しいとしているということでしょうか？