高校物理の遠心力、等速円運動について質問です。(文章をまとめるのが下手でごめんなさい) 学校で遠心力は慣性力(見かけの力)と習ったのですが、関連問題を解いていると「〇〇力と遠心力が釣り合っているから」みたいな説明がよく出てきます。(等速円運動や万有引力の分野など) でも遠心力は慣性力、つまり存在しないはずなのに釣り合いとして考える理由が分かりません。 結局のところ遠心力は力として存在してるのでしょうか？ 仮に遠心力が存在してなかったら等速円運動で向心力が働いてるのに物体が中心に近づいていかない理由がわかりません 高校生なので難しい用語を使わないといけない場合はその用語の意味なども教えていただきたいです

例えば 地球上でそこそこ高い所から物体を真横に放り投げます そうすると物体は真下より少し前方に着地しますね その実験をだんだん初速を上げて繰り返していくと落ちる地点がどんどん前方になっていきます スゲー速い初速度だといずれ地球の裏側に落ちるとかになります もっともっと初速を上げる すると、いずれ地表との距離が変わることなく速さも変化せずに初速度を与えた地点に戻ってきます これが等速円運動です 空気抵抗は無視してください ちなみにそれより速い初速だと円軌道を外れ宇宙に飛んで行ってしまいます

遠心力など慣性力は、「使うと立式が楽になる道具」なので、そもそもの現象をよく理解していないうちは使わなくてよいと思いますよ。 等速円運動で、物体が中心に近づいていかない 理由は、「実際は近づいている」です。 本来、何の力も働かなければ、物体は円運動の接線に沿って飛んでいきます。 ですが、そうならず円運動の方に引っ張られているということは、(本来より)中心に近づいているということです。 円運動は、常に「中心に落ち続けている」という言われ方もします。 まず、慣性力を用いだすことは忘れて、 もともとの、最初に習った通りのma=Fや慣性の法則に立ち返って考えることを徹底することをおすすめします。

円運動を外から見ている観測者からは遠心力を感じません。 しかし、円運動と一緒に運動している観測者は遠心力を感じます。 下図のような円錐振り子を例にして説明します。 左の図は円錐振り子の小球の円運動を外から観測している場合です。 小球には重力（緑矢印）が鉛直下向きに働き、糸の張力（青矢印）が糸の方向に働いています。 この2つの力の合力（赤矢印）が向心力として小球に働くので、小球は等速円運動をしています。 右の図は円錐振り子の小球を、小球と同じ円運動しながら観測している場合です。 観測者には、小球と同様に、慣性力として遠心力（赤矢印）が働いています。 小球には、遠心力の他に重力（緑矢印）と糸の張力（青矢印）が働いています。 観測者から小球を見ると、小球は静止しているように見えます。 したがって、糸の張力、重力、遠心力はつり合っていることになります。

いい質問ですね。 そもそも遠心力がなくても等速円運動している物体が中心に来ることはありません。それは釣り合っているからではなく、「加速の方向」が重要だからです。加速の定義は元の速度を増減させるか、進んでいる方向を変えさせる力という定義です。例えばまっすぐ進んでいる人を左向きに進ませることも加速のうちに入ります(例え速度が変わっていなくても)。では、円運動はどうなっているのでしょう。円運動では速度の方向と加速の方向が常に直交しています。物体が速度の方向に進もうとしてもその向きをどんどん加速度の方向へ変えちゃうわけです。ですが、加速度は常に速度の方向と直交するので方向が一緒になることはありません。そして加速度の方向に方向にーーーとしているうちに円運動が起こっちゃうわけです。なので加速度の方向に物体が進むことはなく、故に加速度が常に向く中心に近づいてこないわけです。 では、慣性力とは結局なんなのでしょうか。 これは「誰から見るか」が大切です。物体は「物体自身の視点」から見ると自分は止まっていて、周りが動いているように見えます。例えば駅で電車に乗った時、隣の列車が動き出した時に自分の列車が動き出したと勘違いする時はありませんか？こんな感じです。 さて、物体はどんな状況にあろうと今の速度を保ち続けようとする性質があります。ガリレオの慣性の法則です。例えばテーブルクロス引きなんかが良い例です。テーブルの上の物体はその場に残り続けるのでテーブルクロスを引いても問題は無いわけです。 ここで加速する電車に乗っているときを考えます。この時地面にボールが置いてあると、コロコロと何もしていないのに電車の加速方向と逆の向きに転がっている様に「見えます」。電車の外から見るとボールは静止しているように見えます。また、ボール自身も自分は止まっていて、電車が動いているように見えます。このように、自身が加速運動をしている時、身の回りに目に見えない力があるように見えます。これが「慣性力」です。要は見る人によってあったりなかったりする、「辻褄合わせの力」なんですね。 さて本題の円運動に入りましょう。紐に繋がれてぐるぐる円運動している鉄球を考えてみます。私たちがみたら「遠心力」なんて言う架空の力は存在しません。故にさっき言ったように鉄球は紐に引っ張られてぐるぐる回って見えます。 では、鉄球視点ではどうでしょうか。鉄球視点では逆に私たちが謎の力でぐるぐる回っているように見えるわけです。つまり私たちに慣性力がかかっているように見えるし、「自分自身にも」慣性力がかかっているように見えます。さっきの電車の例でいえば、電車が加速する時私達も謎の力に押されたように感じますよね。 もう少し詳しくいいましょう。鉄球は紐に繋げられていて、紐が引っ張る方向へ動くはずです。ただ、最初にあげたように物体自身にとっては、自分は動いていないように感じるのでした。そこで自分が動かないように慣性力なるものを考えて辻褄を合わせるのです。 ちょっとピンと来ないかもしれないので、念の為もっと具体的な例を出しましょう。例えば国際宇宙ステーションは実は月のように地球の周りを円運動しています。ですが宇宙ステーションの中は無重力ですよね。あれは地球に引っ張られる重力と慣性力が釣り合っているから無重力になるのです。ですが、宇宙から見ると地球の周りを回ってまさしく円運動、地球に引っ張られてますよね。 こんな感じで大丈夫でしょうか。質問や少しでも疑問があれば無限に受け付けます。我ながらドン引きするレベルの内容になってしまいました……汗 この「誰から見るか」の視点は物理で超重要なので覚えておきましょう。有名な相対性理論もこの「誰から見るか」から出発しています。要はこの考え方の延長上です。 私も似たような疑問を持っていたのでつい細かくなってしまいました。遠心力、困惑しがちですよね。ただこういう疑問が物理では超重要ですので、質問者さんは物理に向いていると思います。このクソ長文が少しでも助けになれば幸いです。

慣性力は力ではないが力のように振る舞うから見かけの力と呼ばれるのです。力のように振る舞うので力と同様につり合うこともあります。あくまで実在の力ではないというだけで、見かけの力として実在します。