電車の吊り革が加速度と逆方向に傾く理由についてですが、①電車の中から見た場合は写真上部のように、加速度と逆向きに慣性力m

Question

電車の吊り革が加速度と逆方向に傾く理由についてですが、①電車の中から見た場合は写真上部のように、加速度と逆向きに慣性力maが働き、それと重力の合力mgとつり合うように、張力Tがはたらく。

②外から見た場合、写真下部のように、物体は加速度aで動く、つまり進行方向と同じ向きにf=maの力がかかる。そうなるためには物体に働いてる張力Tと重力mgの合力がf=maとなるように張力Tは働く。

これらの理解でよろしいでしょうか？

補足:写真の緑線はそれぞれの合力を表しています。

@sHlcNRe46 · Accepted Answer

$ma$ という力ではなく、 $m\times \text{ (加速度) }=\text{ (その向きにはたらく合力)}$

という式の右辺に、 $\bold{実際にはたらいている力}$ を代入していると捉えるのがよいでしょう。

一方、電車の中から見た場合、小球は静止して見えます。

静止ということは力がつり合っているはずですが、これをうまく成り立たせるために慣性力という力を考えようというのがポイントです。

このとき、 $ma$ という力は図に描くことができます。そのような力が存在する(と仮定するとうまくいく)からです。

慣性系から見るか、非慣性系から見るかは慣れるまで難しいかもしれませんが、少し基準をお教えします。

○慣性系

運動方程式を用いて解く。

エネルギー保存則や運動量保存則がそのまま使える(ただし条件に注意)。

○非慣性系

慣性力を図に書き込める(これが最大のメリット)。

力のつり合いを用いて解く。

エネルギー保存則や運動量保存則を用いる場合は、慣性系での速度に変換してから。