作用・反作用の法則
先週のチェックテストのうち作用・反作用の法則に関係する部分について解説しました。配ったプリントのPDFはこちらで、順番は多少前後しましたが、だいたいこの話について話しました。
授業の中で何度か言ったことは「心の中に意地悪な／物分りの悪い／素朴な疑問をズバズバついてくる、中学生を飼おう」ということ。そういう中学生の質問にしっかりと答えられるようでないと、「物理を教える」のは難しい。
PDFのテキストから外れた内容について、ここでまとめておく。
物体が落ちている間の地球
重力の反作用が地球に働く、という話をしたので、↓こういう質問が来た。
もっとも、地球の質量は$10^{24}$kg程度もあるので、その運動は検知不可能だけど。
せっかくこういう質問が出たので素朴な疑問をついてくる中学生に登場してもらおう。
という質問が出たらどう答えるか、考えてみよう。
この後教室でモノを落としながら「落ちたときに何が起こるか考えてみよう」という話をすると、
という話で決着した。
電車を押すと早くなる？
作用・反作用の法則についてある程度理解してもらった後で、作用・反作用の法則の意味を実感してもらうため、
のように「モノレールを早く那覇空港につかせるために乗客がモノレールの壁を押したとしたらそれには意味があるか？」という問題を考えてもらった。
作用・反作用の法則を考えると、
のように「人を後に押す力」もあることがわかる。つまり「モノレールを加速する」力（こっちを作用とする）には、「人を減速する」力（こっちが反作用）を伴うのである。すると結局、モノレールと人を合わせて考えると、これらの力は「何もしてない」ことになる。さらに、この状態で人がモノレールの中で動かないためには、
のように、「足で踏ん張る力」と「その反作用」もあらわれ、結局人もモノレールも加速しない。
「モノレールの中でモノレールを押してもモノレールは速くならない」という「考えてみれば当たり前」の事実は、作用・反作用の法則が成り立っているおかげなのである。
どうしてもモノレールを加速させたかったら、自分が後方に加速（減速）するしかない。