「容疑者X]の実験

レス13

（トピ主 0 ）

悩める観客

2010年02月11日 14:49

話題

映画「容疑者Xの献身」の始めのところで見た実験ですが、レールの上に鉄球がいくつか一列に並べてあって、互いに接しています。その左側から同じ大きさと重さの鉄球を一個転がしてぶつけると、列の右端の鉄球が一個同じ速さで飛び出るというものでした。次に、一列の鉄球の間に強力な永久磁石をはさんでやると、右から飛び出す鉄球の速さが左からぶつかった鉄球の速さより速くなりました。ここで疑問なのですが、速さが速くなるということは、磁石からエネルギーを貰っているのでしょうか？だとしたらエネルギーは、その系全体として増えも減りもしないはずですから、実験を多数回繰り返していると永久磁石の磁力はエネルギーを放出して弱くなっていくのでしょうか？

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そうじゃない

ぼい

2010年02月11日 18:26

磁石を加えると初めの運動に途中でエネルギーが加わるので加速するのです。（この場合外部エネルギーが加わるため保存則は成り立たないんじゃないかなぁ…？）磁石の所でポンと球を押しても同じことです。その後はどんどん加速していくのでは？

トピ内ID：0569833051

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磁力はエネルギーではない

花酒

2010年02月11日 18:26

エネルギー（仕事をする能力）と力(磁力・圧力・重力）は別物ですので磁石からエネルギーをもらっている訳ではありません。あの実験では、鉄球が磁石に引っ張られて急速に加速する事により飛び出す鉄球が速く「みえるだけ」であって、実際にはぶつかった（引っ張られた）速度と飛び出す速度は、ほぼ変わりません。蛇足ながら、鉄球・・・磁石＋鉄球数個・・・磁石＋鉄球数個・・・という風に連続させると飛び出す鉄球の速度はどんどん速くなっていくそうですよ。

トピ内ID：1860055943

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実際どうなんでしょう

電気技術者

2010年02月11日 18:47

　これはおもしろい問題ですね。　エネルギー保存の法則からすると、反対側の球が勢いよく飛び出したら、磁力は弱くならないといけないですね。微視的に見ると、磁石を構成する物質の電子のスピンの方向の揃い具合が乱れていくというところでしょうか。　その前に、本当にああいうことやると、反対側の球は勢いよく飛び出すんですかね。実際にやってみたという人がいたら、教えてください。

トピ内ID：1798372789

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ちょっと補足

電気技術者

2010年02月11日 22:59

　ああ、他の方のレスを見ると、これは補足したほうがいいのかな。トピ主さんご自身がされるかもしれないけど。　運動量保存の法則から、衝突する球と飛び出す球の質量が同じなら、飛び出す球の速度は衝突する球の衝突する瞬間の速度とほぼ同じとなります。　しかし、その最終速度は、球が磁力で引っ張られることで、衝突前に急激に増大します。それゆえ、衝突後に飛び出す球の速度は、磁石の磁力が強いとものすごく速くなります。　ということで、衝突する球には、転がりだした最初から衝突するまで、磁力により運動エネルギーが蓄積され、そのエネルギーは衝突後に飛び出す球に渡されます。つまり、磁力によるエネルギーが運動エネルギーに転換され、それが磁石を含む系から失われることになります。　以上は、「反対側の球が事実飛び出すなら」です。私はその手の実験をやったことがないので、飛び出しそうに思えるけど、本当に飛び出すか確信は無いということで、前のレスで事実やった人がいるかと質問した次第です。

トピ内ID：1798372789

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考えてみました

🐷

にゅーとん

2010年02月12日 13:02

以前にその実験を見たことがありますが、理由は忘れましたので自分の推測です。最初のはエネルギー保存の法則ですね。落とした鉄球の運動エネルギーがいくつかの鉄球を伝わって最後の鉄球を動かす訳です。理論的には鉄球の質量が同じなら速さも同じということになります。実際は摩擦の熱や振動などでエネルギーは減って速度は若干遅くなります。あとのは永久磁石の磁力によって当たる寸前に鉄球が加速されるのだと思います。その増えたエネルギーで飛び出す鉄球が最初より速くなります。落とした鉄球のエネルギーは当たった瞬間のエネルギーに等しいと思います。最初はゆっくりに落としても当たる瞬間にすごいスピードになっていればその同じスピードで最後の鉄球がはじかれるのです。＞永久磁石の磁力はエネルギーを放出して弱くなっていくのでしょうか？磁力はエネルギーというよりも「力」でしょう。重力・引力と同じように思います。地球が色んな物を引力で引きつけていても、地球の大きさが変わらない限り引力も変わりません。超高温などを磁石に加えない限り磁力は変わらないと思います。

トピ内ID：1153690929

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バカ主婦の嘆き

nkmr

2010年02月12日 16:18

娘と一緒に映画観ました。とても良かったです。娘はラストで泣いちゃってましたね。でも・・・・トピ主さんの質問の意味が分かりません。難しい！だけど、必ずこういう問題にスラスラと答えてくれる人っていますよね。（私にとってですが）なんだか分からない難しい質問をするトピ主さんも、それに答えてる皆さんも、かっこいい！ちなみに、夫に質問したら、やっぱりスラスラ説明してくれましたが、いまいちでしたね。「それは差別だ」と言われました（笑）

トピ内ID：4768680468

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磁石の場

🐷

schwein

2010年02月12日 20:02

映画を見ましたが、その実験をおぼえていませんので勘違いがあったらご容赦ください。私の理解を簡潔に記載すると、磁石を加えると、系に磁場の要素が加わります。磁石より遠いところが位置エネルギーが高く、近いところが位置エネルギーが低い状態になります。鉄球が磁石に近づくと、持っていた位置エネルギーが運動エネルギーに変わり、衝突直前に速度が最大になります。他の方も言っているように、運動量保存則から、衝突する球と飛び出す球の質量が同じなら、「飛び出す球の瞬間の速度」は衝突する球の衝突する瞬間の速度とほぼ同じとなるでしょう。で、その後、飛び出した球は、磁場の影響を受けて減速し、磁石から十分離れたところなら結局、磁石のある・なしで同じ速度になると思うのですが…… (運動エネルギーを失い、位置エネルギーに変わる。) 実験では、そうなっていないのでしょうか？ (上記は、鉄球の列の真ん中に磁石を入れた場合で考えました。) どなたか、間違いがあれば教えていただけると幸いです。

トピ内ID：5338730744

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見えるだけ

ojix

2010年02月13日 10:10

ぶつかる鉄球は磁石に引かれて近づくほど加速します。飛び出す速さはこのぶつかる瞬間の速さとほぼ同じのはずです。等速でぶつかっているように見えるだけで、ぶつかる数ミリの手前からでは距離の自乗に反比例して引かれる力も強くなり瞬間的に高速で加速されながら、ぶつかっていると思います。磁力については次に鉄球を引き離す際にエネルギーを必要とするので増減なしと思います。（磁石を地球・引力と考える）にゅーとんさんや花酒さんと同じですがエルルギー保存の法則と矛盾していないと思います。「思います」が多く、断定できない自信の無さが私の欠点ですが。

トピ内ID：0782358341

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磁石の場2

🐷

schwein

2010年02月13日 10:10

先ほど、鉄球の列の真ん中に磁石を入れるものと思い込んでレスしました。その後ちょっと調べてみました。鉄球をぶつける側の端(ないしは、近く)に磁石をおくのですね。鉄球の列の反対側の鉄球が速い速度で飛び出す。絵に描くと ○→●○○○○→→○ ●が磁石のつもり。左から鉄球が来て、右端の鉄球が飛び出す。これは、入ってくる側の端と出て行く側の端で磁石からの距離が違います。そうすると、磁石の作る場から受ける位置エネルギーが入ってくる側の端と出て行く側の端で異なります。つまり、上の絵で左端と右端の位置エネルギーが違うのでその差が速度差になる。このエネルギーの差は、最初に磁石と鉄球をセットする時に、与えられたものだと思いますよ。(たとえば、人の手でセットされたなら人力で与えることになる。)

トピ内ID：5338730744

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物理は専門外

💡

挽き立て鬱金

2010年02月13日 10:39

大学では化学を専門としており、物理は専門外ですが、私もschweinさんと同じく、磁場による位置エネルギーだと思います。ただし、鉄球の配列は対称ではなく、転がってくる側の一番端に磁石をおいていたのではないでしょうか。詳しいことはわかりませんが、運動エネルギーに変わった位置エネルギーが鉄球の中を伝わっていくのに対し、磁力の影響は磁気シールド効果によって引っ張られる力が弱くなってしまうのでは、と推測しています。

トピ内ID：2344204867

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磁性体でなければいいのかも

💡

挽き立て鬱金

2010年02月13日 13:32

一晩寝て、考え直したところ、飛び出していく側の球の材質が磁性体でなければ、磁場の影響を受けずに、つまり磁石に引っ張られずに運動エネルギーだけをもらって、高速で飛び出していくはずです。映画の実験の設定を詳しく覚えていないのですが、この条件ならば問題なく成功しそうだと思います。

トピ内ID：2344204867

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ガウス加速器（ガウスライフル）

🙂

よしお

2010年02月16日 16:08

まず、間違いを正しておきたいと思いますが・・・エネルギーと力は「等価」です。特に磁場による力は保存力（のはず）ですから、完全に等価。微分と積分の一意性によりお互いに繋がっています。「容疑者Xの献身」では、鉄球が乗ったレールは水平で、左から鉄球を一個転がしてぶつけてましたから、重力は関係していませんね。最初に人間が鉄球に運動エネルギー（つまり速度）を与える訳です。エネルギーと運動量はもちろん保存して、磁石がない場合、右端の鉄球は左端の転がした鉄球と同じ速度で飛び出します。磁石があった場合、磁場によるポテンシャルエネルギーが余分に鉄球に蓄えられます。これも、磁場に逆らって人間が鉄球にエネルギーを与えていることになります。磁石による引力に逆らって人間が鉄球を引き離しており、磁場という「バネ」を伸ばしているというニュアンスでしょうか。磁力は距離の2乗に反比例しますから、磁石のごく近くで急に鉄球が加速されるように見えます。（続く）

トピ内ID：2697091749

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ガウス加速器（ガウスライフル）2

🙂

よしお

2010年02月16日 16:08

そして磁石がある場合にもエネルギーと運動量は保存し、磁石によって加速された速度そのままで右端の鉄球が飛び出します。正確にはおそらく、鉄球のぶつかる音によるエネルギーロス（磁石がある場合の方が音が大きいでしょう）と、磁石が系の鉄球を磁化するのに必要なエネルギーのロスがあるでしょうが、無視できるほどに小さいでしょう。つまり実験を繰り返していくと、鉄球に運動エネルギーとポテンシャルエネルギーを与えた人間が疲れてくる（エネルギーを失っていく）ということになると思われます。では逆に問題。円形のレールの上に、映画に出てきた鉄球と磁石の系を複数個並べて（これらはお互いにくっつかないようある程度離しておきます）1個の鉄球を人間が転がしてぶつけると、どうなるでしょう？簡単かも・・・。

トピ内ID：2697091749

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