力と運動（知識）の問題
水平でまっすぐな線路上を、電車が一定の加速度で前向きに加速している。電車の天井からつるしたおもりは、糸が鉛直から後ろ向きに傾いた状態で、電車に対して静止して見える。
地面に対して静止している人から見ると、おもりは糸の張力と重力の合力によって、電車と同じ加速度で運動している。一方、電車の中の人から見ると、おもりは静止しているので、この人は、おもりに糸の張力と重力のほかに、大きさが「おもりの質量 × 電車の加速度の大きさ」で、電車の加速度と逆向き（後ろ向き）の見かけの力がはたらき、これらの力がつり合っていると考える。
このように、加速度 で運動している観測者から物体の運動を考えるとき、質量 の物体にはたらくと考える見かけの力 を、一般に何というか。この電車のように直線上を加速している観測者の場合について、漢字で答えよ。
この問題で使うもの
- 慣性系・非慣性系と慣性力（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（8 技能）
読み込み中…
右端（太枠）がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
地面に対して静止している観測者と、加速している観測者とで、運動の法則の扱い方がどう違うかを考えましょう。
ヒント 2
加速している観測者が運動方程式を使うには、「質量 × 観測者の加速度」の大きさで、観測者の加速度と逆向きの力を加えて考えます。
ヒント 3
この力はほかの物体からはたらく力ではないので、反作用がありません。円運動の場合に限った呼び名（遠心力）ではなく、加速度運動をする観測者が考える見かけの力全般をさす名前を答えます。
答えと解説
答えを見る
慣性力
どこでつまずきましたか？（選ぶと、戻る場所を案内します）
解説を読む
地面に対して静止している観測者や、等速直線運動をしている観測者の立場（慣性系）では、慣性の法則が成り立ち、運動方程式 をそのまま使えます。
しかし、加速度 で加速している電車の中の観測者の立場（非慣性系）では、おもりは糸の張力と重力の合力（ ではない）を受けているのに静止して見えるので、そのままでは力と運動の関係が説明できません。そこで、この観測者は、物体に大きさ （ は物体の質量）で、観測者の加速度と逆向きの見かけの力 がはたらくと考えます。こうすると、電車内でも力のつり合いや運動方程式を使って運動を考えることができます。この見かけの力を慣性力といいます。
慣性力は、ほかの物体からはたらく力ではないので、反作用の力はありません。この点で、重力・張力・垂直抗力など、物体どうしがおよぼし合う力とは異なります。また、慣性力は加速度運動をしている観測者から見たときにだけ考える力で、地面に対して静止している観測者から見るときには考えません。
なお、円運動をしている観測者から見たときに円の外向きにはたらくと考える見かけの力は遠心力とよばれますが、これは慣性力のうち円運動の場合の呼び名です。この問題の電車は直線上を加速しているので、遠心力ではなく慣性力が答えになります。また、エレベーターが上向きに加速しているときに体が重く感じるのも、エレベーター内の人から見て、下向きの慣性力がはたらくためです。
別解
加速度 で運動する観測者（非慣性系）から見ると、質量 の物体には実際の力のほかに という見かけの力がはたらくと考える。この力を慣性力という。電車の中の人から見ると、おもりには張力・重力・慣性力（後ろ向き、大きさ ）がはたらき、これらがつり合って静止して見える。よって答えは慣性力。