編末問題71 慣性の法則

設問(1)　急ブレーキ時

直感的理解
等速で進む電車内の乗客は、電車と同じ速度で動いています。急ブレーキをかけると電車は減速しますが、乗客の体は慣性により元の速度を維持しようとするため、進行方向（前方）に傾きます。

電車が急ブレーキをかけると：

答え：
乗客は進行方向（前方）に傾く
Point

慣性の法則：力がはたらかない限り、物体は現在の運動状態を維持する。電車が減速 → 乗客は前に傾く。

設問(2)　急発進時

直感的理解
静止している電車が急発進すると、電車の床は前に動き出しますが、乗客の体は慣性で静止を保とうとします。結果、乗客は後方に傾きます。ブレーキのときとは逆です。

電車が急発進すると：

答え：
乗客は進行方向と逆（後方）に傾く
補足：力のつりあいと運動方程式の違い

力のつりあい（$a = 0$）は運動方程式 $F = ma$ の特殊な場合です。加速度が0でないとき、合力は $F_{\text{net}} = ma$ で質量と加速度の積になります。

数値計算：例えば $$ F = 5.0 $$ N、\(d = 2.0\) m のとき：

$$W = Fd = 5.0 \times 2.0 = 10 \text{ J}$$ $$P = \frac{W}{t} = \frac{10}{5.0} = 2.0 \text{ W}$$
Point

減速 → 前に傾く、加速 → 後ろに傾く。どちらも「慣性」が原因。乗客は元の速度を維持しようとするだけ。