翌年のピョンチャン五輪まで1年となりました。宮原知子選手のメダル獲得が期待されます。フィギュアスケートというのは氷上でジャンプしたり回転したり、さらにはステップも踏んで、演技の良さを競う競技ですが、選手が回転する時にだんだん速くなっていくのは何故でしょうか?それは高校物理でも習う運動量保存則が関係していたのです。詳しく解説していきます。スポンサーリンク運動量保存則って何?フィギュアスケートで回転が速くなる物理法則は運動量保存則と言われています。そもそも運動量自体がよくわからない人も多いと思うので説明しますと、運動量とは、物体の運動の状態を表す物理量のことで分かりやすく言うと質量と速度の積で表現されます。運動量をL、物体の質量をm、速度をvと定義しますと、L=mvと表せます、単位は[kg・m/s]です。運動量保存則というのは、文字通り運動量が保存される法則のことです。実は物体が運動している最中は、この運動量がずっと一定の値を保つという法則があるのです。この説明だけでもわかりにくいと思うので、スケートを例にして考えます。スケーターは最初スピードを出すためにスケート靴で蹴って移動を始めます。最初の内はスピードが出ませんが、蹴る回数を重ねると徐々にスピードは出ていき、最終的に蹴ってもいないのに一定のスピードを保ったまま移動することができます。スケートを始めたばかりの頃は、調子よく滑り始めたら、リンクの端まで止まらないでコントロールがきかなくなり、人とぶつかったりした経験がある人もいると思いますが、あれはまさに運動量保存則が働いているからです。先ほどの式を参考にすると、運動量とは質量と速度の積で表されます。人の体重が移動中に変わることはないので、当然速度も一定に保たれます。厳密に考えれば、氷との間に摩擦が働いたり、空気抵抗もあるので永遠に等速ということにはなりませんが、それでもかなり影響は小さいと考えることは出来ます。スポンサーリンク運動量保存則は回転運動でも同じ!運動量保存則は、物体の運動が直線運動の時の話でしたが、これを回転運動に置き換えるとどうなるのでしょうか?もちろん回転運動でも運動量は保存されます。回転運動で表される運動量は、角運動量と言いまして、通常の運動量とは表現の仕方が違います。物体の回転運動には質量mと速度v、そこに回転半径rも追加されます。注意しなければいけないのは、回転の場合の速度は角速度になるということです。角速度はωと表します。慣性モーメントIという指標を用いると角運動量は次のように表せます。L=Iωここで慣性モーメントIというのは、イナーシャとも言って質量mと速度vの2乗の積で表せます。(説明は長くなるので省略します。)つまり最終的に角運動量LはL=mr^2ωという形で表せます。(※L=rmωとはなりません!)と表せます。この角運動量も外部から力が働かない場合には、常に一定に保たれる性質があります。フィギュアスケートの回転が速くなるのは何故?さてここまでの説明でわかると思いますが、フィギュアスケートの移動の速さと、回転の速さも運動量保存則で説明できます。スケーターの移動の速さが変わらない理由は1で説明できましたが、問題なのは回転のスピードが速くなる現象です。回転のスピードが速くなるのは角運動量保存則で説明できますが、角運動量の式を見る限り回転の速さはスケーターの体重が軽くならない限り、上がることはないように思えます。唯一コントロールできるのは、回転半径rです。実はこの回転半径を小さくすることで、スケーターは回転速度を上げているのです。詳しく説明しますと、最初スケーターが回転を始めた直後の角速度をω1と定義しますと、角運動量L1は下の図のように表せられます。次にスケーターが腕を体に引き付けて回転半径を縮めた時の角速度をω2と定義しますと、角運動量L2は下の図のように表せられます。いう解答が得られます。腕を組んで回転半径を半分にした時の角速度は回転を始めた直後の角速度の4倍ということになります。これがスケーターの回転速度が上がる理由です。お分かりいただけたでしょうか?フィギュアスケートの試合はテレビで定期的に中継されるので、興味のある方はご覧ください、最初は腕を広げて回転していたスケーターが徐々に体に腕を引き付けているのがわかると思います。必須サイト次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。コメントデータの処理方法の詳細はこちらをご覧ください。管理人はこういう人どうもヒデオです。出身は九州の福岡、大学で工学部卒業しています。管理人独自の視点で調査し考察して記事にまとめています。タイ旅行が好きなのでタイについての記事が中心の内容です。将来は自作の小説を世に売り出したいと考えております。ヒデオの情報管理部屋シェアTOPへ。