高校物理の学び直しVol.008 慣性力

皆さま、こんばんは。今日は高校物理についての投稿になります。
テキストは『鈴木誠治の物理が初歩からしっかり身につく「力学・熱力学編」』です。
今日のテーマは慣性力です。ちなみにこれまでの高校物理に関する投稿は、マガジンにまとめました。リンクを以下に貼り付けます。

高校物理・大学受験物理｜fair_pride｜note

久しぶりに慣性力について考えましたが、直感的に難しいな、というのが正直なところ。
しかし、物事の考え方を習得するには、慣れが非常に重要です。なので、まずは問題を解いてみましょう。p135の基本演習です。

問題文は写真としてアップしていますが、要点は、
・エレベーターの天井から小球を取り付けた糸を吊る下げます。
・そのエレベーターは加速度aで上向きに移動します。
・小球の質量はmで、重力加速度はgです。
この時、
（1）観測者がエレベーターの外にいるとき、
（2）観測者がエレベーターに乗っているとき、
のそれぞれで、糸に掛かる張力Tを求めよ、という問題です。

（1）の場合は、観測者はエレベーターの外にいますから、慣性力は考えなくてOKです。
素直に、小球は加速度aで上向きに移動する。小球には重力mgが下向きにはたらく。同時に、小球には張力Tで上向きに引っ張られる。これを運動方程式にすれば良いだけです。

（2）では、観測者がエレベーターに乗っているので、観測者は加速度aで移動していることになります。なので、慣性力を考えなければなりません。ここで、観測者は上向きに加速度aで移動しているので、小球には、下向きにmaの慣性力がはたらくことになります。
小球にはたらく力を図示すると以下のノートのようになります。
・小球を上向きに引っ張る張力T
・小球にはたらく重力mg（下向き）
・小球にはたらく慣性力ma（下向き）
ここで、観測者には小球は静止して見えるので、小球に関する運動方程式は、
　　　　0 ＝ T - (mg + ma)
この方程式はTについて解けば答えが得られます。

結果として（1）と（2）は同じになりますね。
当たり前のような、そうでないような。

次回も慣性力の続きをします。