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zoom RSS バットでボールを強く打てば遠くへ飛ぶ。これは電磁気力の作用なの?

<<   作成日時 : 2012/06/19 07:15   >>

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★科学★
問題:19世紀のイギリスの科学者、マイケル・ファラデーという人物は、電気と磁気は妙に仲がいいという事実に気づきました。ジョセフ・ヘンリーという人も、気づいていたらしい。ふたりとも1830年(文政(ぶんせい)13年)前後に電磁誘導という現象を発見したようです。
■電磁誘導とは、「コイルを磁界の中で磁力線を横切るように動かすと、コイルに電流が流れる現象」だそうです。発電機に応用されています。逆もあります。「コイルに電流を流すと磁場が形成される」という現象です。電気磁石に使われています。
■電気から磁界が得られ、磁界から電気が得られます。このため、発動機(モーター)と発電機はおなじ仕組みで兼用できます。電気を使う自動車あるいは自転車では、上り坂では発動機として、下り坂で発電機として利用することで、少しでも電気を上手に使おうとしています。
■電磁気力は現在の文明生活を支えています。たとえば移動手段は、かなり多くが電磁気力に頼っています。電車、エレベータ・エスカレータなどはすべて電磁気力の賜物です。これがなければ都心の高層ビルで働くなんてことはできなくなってしまいます。
■さて、電磁気力は、移動手段以外のさまざまな場面でも活躍しているそうです。では、次の現象のなかで電磁気力の作用によるものはどれでしょうか? (正しい項目は無いかもしれないし複数かもしれません)
[い]バットでボールを打つ
[ろ]ブレーキをかけてクルマが止まる
[は]風が吹いて飛行機が揺れる
[に]犬に引っ張られて転びそうになる
[ほ]悪酔いしてトイレで嘔吐する
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:すべてが電磁気力によるもの
説明:時速150kmの直球を持つ投手が振りかぶり、キャッチャーミットめがけて思いきり投げ込みます。900gのバットの先端は時速120kmで振り出され、145gのボールに衝突します。ボールはやはり時速150kmほどで跳ね返り、角度は35度ぐらい。ライナー性のあたりは福岡ドームの高いフェンスを越えて外野席の中段に突き刺さります。
■この一部始終を眺めていると、どうも電気とか磁気の力が関与する場面があるとは思えませんね。また、ブレーキの摩擦でクルマが停止したり、飛行機が風で横揺れするのも電磁気力の作用とは思いにくい。
■専門家は別の角度から現象を眺めているようです。まず自然界にある根源的な力を列挙します。連中の言い分では、4つの力があるそうです。「重力」、「電磁気力」、「強い力」、「弱い力」です。「強い力」と「弱い力」は、量子レベルの小さな小さな世界でしか現れません。我々は感ずることはないらしい。
■残るは重力と電磁気力です。重力はリンゴが落下してくるときにその存在に気づきます。でもこの力は、地球上においてはいつも地球の中心めがけて働くわけですね。ボールが放物線を描いて飛んで行くのは重力の作用にもよりますが、バットとボールが衝突してボールが跳ね返ること自体には、重力は作用していません。
■科学雑誌の記述によれば、「意外かもしれませんが、身近な力のうち、重力以外はすべて電磁気力が根本原因といっても過言ではありません」とのこと。「たとえば、バットでボールを打ち返すときに生じる力は、バットとボールの表面の電子どうしの電気的な反発力が根本原因」だそうです。
■ご存じのとおり、原子では中心に正の電荷を持った原子核、外側に負の電荷を持った電子が回っています。バットとボールの表面の原子同士が急接近すると、負の電気を帯びた電子どうしが大きく反発します。これが衝突の真の姿らしい。
■他の現象もすべて原子どうしに働く電磁気力…引きつけ合う力もあれば反発する力もあるわけですが、いずれにせよ電磁気力…が作用しているようです。嘔吐が電磁気力の作用によるものとは、さすがのサルトル氏も知らなかったかもしれません。
◆参考*1:雑誌「素粒子の世界」Newton (ニュートン) 2012年7月号16〜85頁、ニュートンプレス

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コメント(4件)

内 容 ニックネーム/日時
これはすごいですね。
全てとは思いませんでした。
嘔吐までとは・・・・・・驚きです(~o~)
バットかな〜?とは思いましたけど(・_・;)
ねこのひげ
2012/06/20 04:49
コメントをありがとうございます。

 科学雑誌の素粒子の話には、われわれ素人には驚愕の事実ばかりが並んでいました。

 電子は素粒子のひとつ。また原子核を構成している陽子や中性子も素粒子で構成されている。
 …ここまではどこかで聞いたような気もします。ところが、万有引力や電磁気力など力(相互作用)を伝える素粒子があり、引力と反発力は素粒子が生み出しているというのです。
 …スケートリンクの上でキャッチボールをすると、投げ合う二人はどんどん遠ざかるとのこと。同様に素粒子をやりとりすれば反発力となるらしい。
 逆にスケートリンクの上でブーメランのやりとりを繰り返す二人はどんどん近づきます。これが素粒子のやりとりによる引力にたとえられます。

 さらに驚くのは巨大加速器の実験の中では、E=mc^2というアインシュタインの説がごくあたりまえに確認できるらしい。
 物質がエネルギーになる。これは素人でもわかりやすい。石油や天然ガスを燃やしてエネルギーを得ているのですから。
 でもエネルギーが物質になる。これはわかりにくい。
 実感はできませんが、少なくとも光速近くで衝突する小さな物質同士では、そのエネルギーが別の物質を生んだりするようです。
 
 さらに、年内にはヒッグス粒子の仮説が正しいかどうかがわかる可能性があるらしい。ヒッグス粒子というのは、現代の科学者たちがいちばん注目している素粒子だそうです。物質の質量を生み出すもとといわれています。ヒッグス粒子が宇宙に(真空の中にさえ)満ちているために、それを押しのけようとすると動かしにくさ、質量が発生するという仮説らしい。

 読んでいるうちに人生観が少し変わるくらい不思議な話ばかりが並んでいました。
(^^;)
ねこのひげ様<素町人
2012/06/20 07:08
科学って本当に面白いですね。
よし@リーダシップ
URL
2012/09/18 23:58
コメントをありがとうございます。
よし@リーダシップ様<素町人
2012/09/19 16:23

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