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ニュートンの運動の第一法則とは何でしょう?

パックとお茶と運動

雪をかぶった針葉樹に囲まれた凍った池で、青緑色のホッケーの防具を着た子どもがスティックを持ち、その先から離れたところを黒いパックが氷の上を滑っています。

コツン。あなたのホッケーのスティックは止まります。でも、パックは止まりません。もっといい用事でもあるかのように、氷の上をすいすい進んでいきます。何が押し続けているのでしょう?何も押し続ける必要はないのです!動いている物体は、動き続けるために絶えず押される必要はありません。この小さな驚きが、上手なパスや、お茶を揺らさずに運ぶこと、そして宇宙探査機のとても長いお別れを説明してくれます。

凍った池で、青緑色のホッケーの防具を着た子どもが黒いパックからスティックを離して持ち、パックの薄い残像が白いネットのある赤いゴールへまっすぐ並んでいます。

滑る動きの決まり

アイザック・ニュートンの運動の第一法則は、どんなことが起こるかを教えてくれます。物体は、つり合っていない力が働かないかぎり、静止し続けるか、同じ速さでまっすぐ動き続けます。力とは、押したり引いたりする働きです。「つり合っていない」とは、押す力や引く力が打ち消し合っていないという意味です。あなたのスティックは、パックを動かし始めたときに、そんな力を加えました。スティックが離れると、パックは約束の場所へ向かい続けます。

雪をかぶった針葉樹に囲まれた池の氷の上に黒いパックがあり、横向きの動きを表す線と、手前の側面に上向きの青い矢印と下向きの黄色い矢印が描かれています。

支えられても滑り続ける

でも、重力は下向きに引っ張ります。なぜパックは氷を突き抜けて沈まないのでしょう?氷が上向きに押して、重力が引く力とつり合っているからです。この二つの力は、上下方向の動きを変えません。下から支えられているからといって、横に滑る動きが自動的に止まるわけではないのです。同じ動きを続けたり、静止し続けたりしようとするこの性質を、慣性といいます。秘密のモーターはありません。意志の強さでもありません。物体とは、そういうものなのです。

雪景色の池とベンチとスティックを背景にした二つの絵に、左では氷の上に長く並ぶ黒いパックの残像が、右では茶色いカーペットの上に短く並ぶ残像が描かれています。

ずっと短い旅

それでも、パックはいずれ遅くなります。動きを使い切ってしまったのでしょうか?いいえ。摩擦を忘れていました。摩擦とは、触れ合う面どうしが滑るのを妨げる力です。氷の上では摩擦は小さく、カーペットの上ではずっと大きくなります。同じ出発時の速さでパックをカーペットの上に送り出すと、壮大な旅は、ちょこっとずるずる進むだけになってしまいます。摩擦は、つい忘れてしまう隠れたブレーキです。空気も動きを妨げます。

青緑色のホッケーの防具を着た子どもが、赤いゴールへ折れ曲がる破線の角でスティックをパックに当てており、点線はまっすぐゴールの外へ続いています。

ネットへ向けてひと押し

氷の上に戻ると、次のパスはゴールの横を通り過ぎそうです。チームの仲間がスティックで向きを変えます。なるほど、曲がることも、速さが同じでも運動を変えることになるのです。それにも、つり合っていない力が必要です。ニュートンの法則は、狙いをつけるときにも役立ちます。ゴールが魅力的に見えるからといって、パックが進路を曲げてくれるわけではありません。

子どもがテーブルの上でトレーを持つ二つの絵で、左ではパックのそばに動きの線がありカップのお茶が波立ち、右ではお茶が静かでパックがトレーの中央寄りにあります。

お茶と一緒に意外なお客さん

練習は終わりです。パックはお茶のマグカップと並んでトレーに乗っています。トレーが急にぐいっと動き出すと、カップががたがた揺れ、パックは後ろへ滑ります。摩擦が二つを一緒に連れていくより先に、トレーがその下で動いたのです。もっとゆっくり動き始めれば、摩擦に二つを一緒に加速させる時間ができます。隠れたブレーキには、もう一つ仕事があったのです。お茶を運ぶお手伝いです。

ホッケーの防具を着た二人の子どもが雪景色の池のそばのベンチで湯気の立つカップを持ち、皿形アンテナのある宇宙探査機と惑星の近くで曲がる点線の経路が描かれた絵を見ています。

氷も空気も越えた先へ

練習のあと、お茶を飲みながら、話は想像できるかぎり最も長いパスへと移ります。ボイジャー探査機は、エンジンで絶えず前へ押されることなく、何十年も宇宙を進んできました。そこには、探査機を遅くする空気がほとんどありません。重力は今もその運動を変えているので、旅は一定の速さで完全にまっすぐ滑るものではありません。でも、ただ動き続けるためだけなら燃料はいらないのです。宇宙のカーペットに旅を終わらされることもありません。

雪をかぶった針葉樹に囲まれた池のそばの木のテーブルに、黒いパックと飾り模様のあるカップを載せたトレーが置かれ、静かな琥珀色のお茶から湯気が立っています。

無事に到着

トレーがテーブルに着き、そっと止まります。摩擦がカップとパックも一緒に減速させます。ここでもニュートンの第一法則が働いています。静止し続けたり、まっすぐ一定の速さで動き続けたりするのに、つり合っていない力は必要ありません。動き始める、止まる、速くなる、遅くなる、向きを変えるときには必要です。こうすれば、パスの行き先を導き、お茶を波立たせずに運べます。パックはカップの隣で休んでいます。どうやら、ここが約束の場所だったようです。