➁モンキーハンティング/重力加速度と電界の強さは似ているけれど違う
➁モンキーハンティング/重力加速度と電界の強さはぱっと見は似ているけれど違ったというはなし
――2020年5月――
コロナウイルスが流行り出して初めてのGW。当時はみんな自粛していたような気がする。
私はと言えば4月末で首になっていたので、GWとか関係なく暇だった。外に出かけるのもなんとなく気後れして、気持ちいそいそと、コソコソと出かけていた気がする。（出かける先は主にスーパーと図書館くらいだった）そんなに気にしなくても誰も自分のことなんて見ていないだろうけれど。
私はいろいろあってテレビを所有していない。見たくないわけでは無くて、正直見たい番組もあるのだが意地を張って持たないことにしている。
テレビを持たなくなってから動画投稿サイトをよく見るようになっていたのだが、この頃は外出自粛と無職が重なっていたため、ますます動画投稿サイトに入り浸るようになっていた。勉強になる動画も見ていたけれど、それと同じくらい趣味の動画なんかも見てしまっていた。それが悪いという訳ではない。きちんと節度を守るのならば。なんというか動画投稿サイトは諸刃の剣だということを覚えておいてほしい。
それでやっと本題に入る。
5月のある日、勉強の息抜きと称して動画投稿サイトをのぞいていると『モンキーハンティング』についての解説動画を見つけた。この時点で私はモンキーハンティングについて知らなかった。つまりこの文章はその程度のレベルの人間が書いているということだ。それを忘れないでほしい。
なんだか面白そうだったので観てみることにした。
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モンキーハンティングというのは、木の枝にぶら下がった猿を大砲で撃ち落としたいのだけれど、その際、大砲の角度はどのくらいにすればいいのか、という問題だ。重要なのが猿は大砲が撃たれた瞬間、音にびっくりして枝から手を放して落ちるというところだ。空気抵抗は考えない。
私はなんとなく、猿のちょっと下の辺りを狙えばいいんじゃないの？ と考えた。（※間違ってます。てきとう過ぎるだろ）
皆さんは判るだろうか、あるいは既に知っているだろうか。だとすればあなたの勝ちだ。ガリレオと呼ばせて頂く。（？）
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※ 歳のせいなのか、仮定の話であっても殺生事について考えるのが嫌になってしまったので、以下、猿ではなく『物体S』とします。
①重力のない場合を考えてみる
大砲の弾は狙った方向に真っ直ぐ飛んでいく。（落ちない）『S』も落ちない。重力がないから。そう考えると、角度はそのままSの方向に向ければ命中するということになる。
②重力のある場合
この時考えて頂きたいのが、大砲の弾とSの落下速度は違うのか、ということだ。
結論を言ってしまうと空気抵抗がない時、重さに関係なく落ちる速さは同じになる。重力がないとき、大砲の砲身はSに向けて発射すれば、弾はSに命中した。
重力があるとき、落ちる速さが同じということは、落下を始めるタイミングが同じなら、同じ距離だけ落下するということになる。Sが落下を始めるのは大砲の音と同時だから、落下を開始するのはSも大砲の弾も同時だ。
同じタイミングで落下し始めて、落下する距離も同じ、ということは、大砲の狙いは、①の時と同じで、Sの方向に向けて撃てばいいということになる。
（※自分で書いていてこれが説明になっているのかよく判らなくなってきました。気になった方は調べてみて下さい）
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ところでこのときの弾の運動を斜方投射というそうだ。斜め上に打ち出すような感じの動き。水平方向に撃ちだす（別に大砲じゃなくてもいいのですが）運動は『水平投射』というそうだ。
この水平投射の動きを見た時、私は思った。
なんかこれ、見たことある気がする。なんか理論の問題で見たような……アレ、アレだ。参考書のページをめくって似たような図を探す。
分野で言うと理論の【電子の運動】、電界中の電子の動きについてのところで似たような問題があった。
上から下に電界(V/m)が生じている板の間で、電子を水平方向に撃ちだすとどんな動きをするかという問題（ブラウン管とかオシロスコープとかの内部もこんな感じらしい）。これに似ていると思った。（※ 電子の場合を考えるときは力の向きに注意して下さい）
・大砲の弾を水平方向に撃ちだすと、重力に引かれて落ちていく。
・電子を水平に撃ちだすと、電界の向きと逆方向に引かれていく。
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※ここから間違ったことを言っている可能性が高くなっているので十分注意してください。
・F=ma[Ｎ]
F:力、m:質量、a:加速度
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・重力の場合
F=mg[Ｎ]
g:重力加速度 加速度aにgが代入された。
・電子が電界の中で受ける力
F=eE[Ｎ]
e:電荷[Ｃ]、Ｅ：電界[V/m] 【[Ｎ/C]】
なんか似てる、と思った。
つまり……Ｅ：電界＝a:加速度ということか！？ と思ったのですが、違いました。
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【電子の加速度を求めようとする時】
F=ma=eEという式が成り立ちます。
ここから加速度を求めようとすれば
F=ma=eE
ma=eE
a=eE/m [ｍ/s^2]
こんなふうに変形して求めないといけません。
具体的な問題を言うと【理論、平成27年度 問12】です。
この文章を書くにあたって、解きなおしてみようと思ったのですが……解けませんでした。解説文読むと、なるほどとは思うのですが難しいですね。
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モンキーハンティングの話に戻ります。
自由落下運動は等加速度直線運動と呼ばれます。『等加速度』というのは加速度が一定ということです（そのまんまですが）。
『落下速度』
・ｖ＝ｇｔ[ｍ/s]
ｖ：落下速度、ｇ：重力加速度[ｍ/s^2]、ｔ：秒[s]
重力加速度は9.8[ｍ/s^2]
(厳密には違うのかもしれないのですが、その辺はよく判りませんでした)
⇒ｖ＝9.8ｔ[ｍ/s]。
落ち始めてから1秒後なら9.8、2秒後なら19.6……加速していきます。
『落下距離』
・ｘ＝1/2gt^2[ｍ]
で求まります。本当に質量は関係ないようですね。
ところでまた、さっきの運動方程式にF＝㎎を代入して変形していくと……
Ｆ＝ma
ma=F
a=F/m
ここで今は重力の話なので、F＝㎎なので代入します。
a= F/m
= mg/m
分子と分母の『m』を消すと
a=g [ｍ/s^2] になります。
質量が消えましたね。なんかすごいですね。この場合質量に関わらず加速度は同じになると。
さっきの電子の時だと加速度は、a=eE/m [ｍ/s^2]でしたね。
ところで加速度は同じということでしたが、Ｆ＝㎎ということは重力自体は質量（ｍ）が大きい方が強くなるということですね。というか重力が重さというか、なんというか……気になった方は確認してみて下さい。グダグダで申し訳ないです。
※ 今回の内容は間違っていないか確認はしているのですが、力不足で嘘をついてしまっている可能性があります。申し訳ないのですが、参考書などを確認して頂くようお願いいたします。
※ ところどころ、丁寧語になっている部分があるのですが、その箇所は自分が偉そうに語るのは図々しく思えたためにそうなっています。気にしないでください。
