なぜ真空中を光は伝わるのか
光は電磁波と呼ばれる。
つまり暗闇というものは電気的にも時期的にも中世な状態にある。
闇夜に雷が落ちると一瞬雷光はあたりを照らす。
電荷の急激な変動は磁場を発生させ、磁場の急激な変動は電場を発生させる。
そのようにして電場と磁場はある振動数で振動しながら周囲に光のエネルギーとなって
発散する。
電場と磁場を切り離して考えてみよう。
いわゆる静磁場とか静磁場と言われるものだ。
電磁石に電流を流さないと電気コイルの周りの磁場はなく
周りの空間はひずみのないものである。
そこで
ひずみのない空間を格子状の立体的な直方体の積み重なったジャングルジムのようなものと
考えよう。
そこに磁石を持ってくると周囲の空間は曲げられる
そして磁石を取り去ると歪んでいた空間は元通りのひずみのないものとなる。
次に電気を考えてみよう
何も電荷がない場合、つまり電気的に中性な時には
空間は歪んでいない。
ところが
電荷が存在すると、空間つまりジャングルジムのように
直線で構成された空間が歪んでしまう。
そして電荷を取り去ると歪んだ空間は自身の復元力によって
元通りのひずみのないものとなる。
つまり空間は弾力性をもったこんにゃくのような存在と考える。
こんにゃくを押せば歪んでへこむが指を放すと元通りになる性質に似ている。
そして空間は磁力線と電気力線が布の経糸と横糸のように
直角に絡み合って空間を構成している
静止の状態ではそれらは互いに拮抗して打ち消しあい何もないようにふるまっている。
そこで電気力線に動きがあると
拮抗していたものが失われ、そこに磁力が表れてくる。
その変化の波動が空間を伝わっていく。
つまり真空中には磁力線と電気力線が織られた布のように絡み合って存在しており
中立を保とうとしている。
そこにエネルギーを与えてバランスを崩してやるとその波動は順次
周囲に伝搬していく。
だから真空中には何もないのではなく、電場と磁場の絡み合ったものが存在しているのだろう。
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飛行機の中の音速
大陸横断鉄道がアメリカ大陸のある部分について１００００ｋｍの直線距離を
時速20km/hで走っていたとしよう。
とても長い列車の屋根には１００ｋｍの平らな道が敷かれていて、その上を歩いたり走ったりできるのだ。
例1
列車の上の道路にただ茫然と突っ立っている男
この男の対地速度は列車の速度と同じ20km/hである。
例２
列車の方向とは逆に列車に対して10km/hで走る男
通過点を過ぎてから1時間後の男の位置は
２０×１－１０×１＝１０
で
通過点から1時間で,
１０ｋｍ地面に対して移動したことになる。
したがってこの場合の男の対地速度は10km/h.
-----------------→ 20
←------- -10
--------→ 10
例３
列車の方向とは逆に列車に対して20km/hで自転車で走る男
この場合は
男は通過点にとどまり、対地速度は０km/h.
-------------------→ 20
←------------------- -20
0
例４
列車の方向とは逆に列車に対して５０km/hの自動車で
この場合一時間後の男の位置は２０－５０＝－３０
で通過点前３０ｋｍの位置にある
したがって対地速度はー３０ｋｍ/h
----------------→ 20
←--------------------------------------- -50
←--------------------- -30
例５
列車と同じ方向に列車に対して10km/hで走る男
一時間後の位置は２０＋１０＝３０ で通過点より
30km先の位置になる
したがって対地速度は３０ｋｍ/h
------------→ 20
-------→ 10
----------------------→ 30
例６
列車と同じ方向に列車に対して５０ｋｍ/hの自動車に乗る男
一時間後の位置は２０＋５０＝７０ｋｍ
この場合の対地速度は７０ｋｍ/hである。
以上をまとめると
列車の対地速度をVrとし男の列車に対する速度をVmとしたとき
男の対地速度Vmeは次のように表される。
Vme=Vr＋Vm……①
以上の式をマッハ2で飛ぶ旅客機の中の音に適用してみよう
この場合旅客機内の音速をVo,旅客機の対地速度をVhとし
旅客機内の音の対地速度をVtとすると、①式に倣って
Vt=Vh+Vo...........................②
Vt=マッハ２＋マッハ１
つまり船尾から船首方向の音は
マッハ3の対地速度になり
船首から船尾方向の音は
マッハ１の対地速度で位相が伝わることになる。
つづく
固体の中の音速
2017年10月9日月曜日
12:50
今までは空気中の音の伝わる早さについてかんがえてきたが、
今度は固形物の中を音が伝わる早さを考えて見よう。
例えば線路のレールのようなもの。
鋼鉄中の音速は5800m/sほどで空気の300m/sの20倍近い速さである。
だから列車の音はレールに耳を当てた方が空中できくより早く聴ける。
レールを伝わる音の早さはレールが地上にある場合と時速100kmではしる
貨物車の上にある場合で異なるだろうか。
それを模式的に考えるのに満員電車に人がすし詰めになっている場合を考えてみよう。
電車が静止している場合に端にいる人が隣の人を強く押したとする。
すると押された人はバランスを崩してその隣の人を押しつつバランスをとりもどす
、するとまた押された人は次の人を押すと言った具合に玉突き事故のように
右の端から左の端まで状態の変化が伝わっていく。
以上の現象は電車が時速100km/sで等速運動をしている場合にも
同様に起こる。
加速度αで運動中の場合には各構成分子にf=mαの力が掛るので
列車の中で加速や減速を行なった時のように伝達速度に影響があると
考えられる。
つまり満員電車で加速する場合には全体的に後方に引っ張られるだろうし
減速する場合には前のめりに圧縮されるだろう。
その例から考えると
加速するときには前方への伝達は遅れ、後方への伝達は早まり
減速の場合は逆に、前方への伝達が早まり後方への伝達が遅れると考えられる。
等速運動においては静止しているのと同じ速度で伝達されるであろう。
加速度運動の場合には
衝撃波と加速度が等しい場合には衝撃波が相殺されてしまい、伝わらないといった場合もありうる。
つづく
絶対速度と相対速度
市内の道路の主な場所は大抵50km/hの速度規制がされている。
したがって善良なる運転者諸君はスピードメーターが50km/h近辺になるように
アクセルをコントロールすることになる。
この場合の50km/hというのは自動車の共通基盤である道路を基準にしている。
道路は地球と一緒に動いてはいるが、天動説の名残の感覚で行くと
それは不動のものとみなされる。
そして絶対君主のようにどっかと居座って動かないとみなされる地面を車社会における
絶対速度の基準と考えても差し支えないだろう
だから道路標識に書かれた50km/hというものは絶対速度とも言いえる
それは田村氏のaudi550にとっても中田氏のfuga370GTにとっても
50km/hは同じ速度である。
田村氏は時々新幹線と競争することがある。
彼のお気に入りのコースは新幹線と平行に走る海岸の高速道路だ。
高速道路は100km/hの速度制限がされているが、新幹線にとってはそれは
徐行運転のようなものである。
またaudi550のようなドイツ車は速度無制限のアウトバーン仕様となっているので
最高速度250km/h、0-100km/h加速は5.8秒ということもあって
最高速度300km/hの新幹線には下回るものの追従することができる。
駅の前後では並んで走ったり追い越したり、追い越されたりする。
田村氏は何度か違反切符を切られたが
その快感が忘れられず、時々スピードを出しすぎてしまう。
新幹線とaudi550が並んで走っているとき、それらの相対速度は絶対速度の差となる。
つまり新幹線が250km/h,
Audi550が250km/hだと
相対速度＝250-250=0
この場合新幹線から見ても、audi550から見ても相手が同じ位置にいて静止しているように見える。
新幹線が加速して300kmになると
Audi550から見ると新幹線が相対速度50km/hで前方に遠ざかっていくように見える。
新幹線からはaudi550が50km/hで後方に離れていくように見える
相対速度はそのように速度差であるから
宇宙船や宇宙ステーションのように
仮に相対速度が０であっても
地球基準の絶対速度は250000km/hということもありうる。
ガリレオの相対性理論
冬が来て養老の滝もその前の滝つぼもコチコチに凍ってしまった。
滝つぼの周りの水面は凍ってスケート場になっているのだ。
ウサギも亀も氷の上で滑って遊ぶのが好きだった。
二人はそれぞれそりを作り、滝つぼの横の斜面を下りその勢いで
氷の表面も滑って調子のいい時には対岸までついてしまう時もあるのだった。
太陽が出て氷の表面を溶かし始めたときはとてもよく滑って
ウサギも亀も楽々と対岸まで行けた。
しかし曇り空で太陽が見えず寒くて小雪がちらつく日などは
どんなに頑張っても対岸までいかずに池の途中で止まってしまうのだった。
それは橇と氷の間の摩擦が大きくなるからだった。
もし摩擦がなくなってしまい、空気の抵抗もなくなってしまったなら
橇はどこまでも同じ速度で滑っていくことだろう。
それは慣性の力によるものであり、実際には摩擦や空気抵抗によって
減速され橇はやがて止まってしまう。
ウサギと亀は氷の上でも競走した。
まずどちらが先に対岸につけるかという競争。
これは氷の表面がつるつるの時に行われた。
次にどちらがより近く対岸まで行けるかという競争。
これはあまり滑りがよくない日に行い二人は橇の摩擦を減らすためにワックスを塗ったり
滑り面を磨いたりした。
どちらも互角の勝負で毎日勝ち点を競い合うウサギと亀であった。
ある時飽きっぽいウサギが言った。
（対岸にバスケットボードを立ててバスケットにボールを入れっこしよう）
亀も同様に飽きてきたので、二人はさっそくバスケットポールを立ててそれに
バスケットのついたバスケットボードを付けた。
それから二人は交互にボールをもって橇で坂を下り、対岸のバスケットに
シュートを試みるのだった。
シュートは橇のスピードを加味して行われた。
というのは
ボールを橇の上にまっすぐ投げ上げても橇の速度がボールに加味されて
橇の上から見ると真上に上がっているのだが
氷の上から見るとボールは放物線を描いてゴールに向かっていくのだった。
同様な現象は
電車の中で鉛筆を投げ上げても確認できる。
車内では鉛筆は真上に投げられて真下に落ちてくる。
しかし車外から見ると鉛筆は電車の進行方向に向かって放物線を描くのだ。
つづく
僕の相対性理論
新幹線の速度とはなんなのかというと駅から駅まで
何時間かかったかということで定義されるだろう。
つまり単位時間に移動した距離で速さはあらわされる
童話に出てくるウサギと亀の競争でも
一時間亀が歩いた距離とウサギが飛び跳ねた距離では
大きな差が出てくる
したがって同じ地表でウサギと亀が競争すると
ウサギが途中で居眠りしない限り亀に勝ち目はない
しかし
一本の川が流れていてその流れはとても早く
ウサギが走る速度と同じくらいだったとしよう
ウサギはその川に沿った土手を走ることにし
亀は川に入って泳ぐことができるとしよう
スタート地点は養老の滝
ゴールは川が海に出るところ
亀の歩く速度は時速３５０ｍ
ところが
水中では２０ｋｍの速さになる
一方ウサギは時速７０ｋｍ～８０ｋｍで走れる
だから川の流れは７０ｋｍということにしよう
養老の滝から河口まで１００ｋｍとすると
ウサギと亀がともに陸の上を競走した場合
ゴールまでの時間は
ウサギ：100÷７０＝１．４３時間
亀：100÷０．３５＝２９０時間
ざっと１時間半後にウサギは河口に達するが、亀は13日目にようやく到着する
ではつぎに
亀は時速７０ｋｍで流れる川に入り河口に向かって泳ぎ
ウサギは土手を駆けていくことにしよう
ウサギは変わらず1.4時間
亀は１００÷（７０＋２０）＝１００÷９０＝１．１１時間
つまり亀はウサギより0.3時間つまり18分速くゴールすることになる。
先についた亀がテーブルについておいしいコーヒーをすすっているところに
ウサギが汗だくになってやってきてあとから冷たいジュースを注文することになる。
ウサギは面白くないので
（もう一度勝負しよう、ここから養老の滝までどちらが先につくかだ）という。
一勝を上げ、余裕の亀はコーヒーを飲み干すと言った。
（よかろう）
そこで二人は一服したのちに
河口から養老の滝に向かって同時にスタートした
ウサギの速度は帰り道がすこし上り坂になっているために６５ｋｍに落ちた
亀のほうも流れに逆らって進むのでかなり遅くなってしまった。
ウサギのタイム：１００÷６５＝1.54時間
亀のタイム：１００÷（７０－２０）＝２時間
したがって今度はウサギが先につきコーヒーを注文してから０．４６時間つまり２８分後に
亀は滝に到着し、水からることができた。
（はっはっは今度は俺の勝ちだね、君のコーヒーも注文しておいてあげたよ）ウサギは笑った。
つづく
