■とりあえず力の矢印を描く
電車の加速度を求める問題ね。等加速度直線運動の式は使えなさそうね。使えそうな情報が少ないから。
運動方程式かな？ただ，電車にはたらいている力が分からないから，使えないか。
実際は小物体に対して運動方程式を立てると，答えが出るね。それでもいいんだけど，電車の中に観測者がいるので，観測者の視点で考えてみない？
いやいや違うよ。問題文に「電車に乗っている観測者から見て，（中略）静止した。」ってあるよね。
静止したっていうことは，力のつり合いの式を立てるの？
でも，力のつり合いの式だと，加速度が出てこないんじゃない？
観測者が加速しているので，力のつり合いの式だけど，加速度が含まれるんだ。ちょっとやってみよう。小物体にはたらく力の矢印を描くとどうなるかな？力の矢印の描き方はこんな感じだよね。
まずは，重力を描くのね。重力は鉛直下向きで，大きさは
でいいわよね。
くっついているものは糸しかないので，糸から受ける力を描くわね。糸の向きに大きさはとりあえず
としておくわね。
あとくっついているものは無いので，これで終わりね。
そうだね。ただ，この２つの力だけだと，力はつり合わないよね。つり合わない場合は，運動方程式を立てる方法もあるんだけど，今は電車の中の観測者から見て，力のつり合いの式を立てるよ。
■慣性力を考える
電車の中の観測者は，電車と一緒に加速してるんだよね。観測者が加速しているときに考える見かけの力があるんだけど，覚えてる？
確か「慣性力」ね。加速している人から見ると，加速度と逆向きに大きさ
の力がはたらいているように見えて，その力を「慣性力」というのよね。
その通り！じゃあ，慣性力を図に描いてみるとどうなるかな？
電車は右向きに加速しているから，慣性力は左向きね。
電車の中にいる観測者から見ると，この３つの力がはたらいていて，小物体は静止して見えるんだ。
■力のつり合いの式を立てる
あとは観測者から見た力のつり合いの式を立てれば良いのね。
この問いの答えを出すだけだったらもう少し簡単な方法もあるけど，力のつり合いの式を立てるやり方は，どんな場合も使えるので，やっぱり力のつり合いの式を立てよう。
水平方向を
軸，鉛直方向を
軸とするわね。まず，糸の張力
を分けなきゃダメね。
がここになるから，こうね。
方向
方向
①÷②
■今度は静止している観測者を考える
電柱Pと小物体が重なった瞬間，糸を切ったということだよね。
それって，電車の中の人が見るの？電車の外の人が見るの？
確かに観測者によって，小物体の運動は変わるね。この問いでは電車の中と外，どっちの立場が良いと思う？
電柱は電車の外で静止しているのね。じゃあ，電車の外に観測者がいるとして，考えた方が良いの？
この場合はそうだね。電車の中の観測者から見ると，小物体にも電柱Pにも慣性力がはたらいているとして，考えなければならないので，たいへんでしょ。
それじゃあ，電車の外で静止している人から見ると，糸を切った後の小物体の動きは，どうなるでしょう？
電車は右向きに加速しているので，電車の後ろの方に行きそうな気がする。つまり①か②かな。
確かに電車から見ると，後ろの方に行きそうだけど，今は外で静止している人が見るんだよ。
■小物体にはたらく力と初速度を考える
重力と，えっと，外の人が見るから慣性力は考えなくて良いので，重力だけ？
そうだね。重力だけだ。だとすると，どんな運動をする？
重力だけを受けて運動するのは，自由落下運動だけとは限らないね。自由落下運動は「初速度が0」っていう条件があるからね。
確かに鉛直方向の速度は0だね。でも水平方向の速度はあるよね。
あっそうか，はたらいている力は重力だけでも，水平方向の初速度を持っていれば，水平投射になるのね。水平投射ということは，放物運動？
電車の外で静止している人から見ると，小物体は放物運動するんだ。
床に落ちた位置と電柱の距離を求めるのね。電柱の右に落ちることは確実のなので，選択肢の④〜⑥のどれかね。
公式に代入すれば求まる，という感じではないね。求めたいのは水平方向の長さなんだけど，水平方向だけ考えると，どういう運動かな？
水平方向に力ははたらいていないから，等速直線運動ね。速さは
ね。
鉛直方向は初速度0で重力だけを受ける自由落下運動よね。
水平方向の移動距離は，時間が分かれば求まるよね。なので，鉛直方向の運動から時間を求めたいね。
等加速度直線運動の式
を使うと，
■再び電車内の観測者を考える
今度は電車の中の観測者が見たときの小物体の運動ね。
それじゃあ，観測者から見ると小物体はどう動くか分かるかな？
やっぱり電車の中から見ると，後ろに行くわよね。だからやっぱり，①か②じゃやないかな。
ある程度予想を立てるのは大切だよね。次に問２と同じで，力の矢印を考えて，さらに初速度の向きを考慮することも大切だったよね。
それじゃあまず力の矢印を描くけど，糸が切れた後の話だから問２と同じで，重力だけよね。
問２とのの違いは，観測者が加速しているので，慣性力を考えなきゃダメということだね。
今度は水平方向にも力がはたらいているから，また水平方向と鉛直方向に分けて考えれば良いわね。
それでもいいんだけど，水平方向も鉛直方向も加速度を考えなきゃダメなので，どんな運動になるか分かりにくいでしょ。
■合力を考える
糸が付いているときは，重力，糸の張力，慣性力で力がつり合っていたんだよね。ということは，重力と慣性力の行力は，糸の張力と逆向きでしょ。
そういうことか，糸が切れても重力と，慣性力は変わらないもんね。ということはここが
ね。
もともと観測者から見て静止していたんだから，初速度は0ね。
そうだね。だから，合力の向きに等加速度直線運動をするんだね。
求めたいのは水平方向の長さ
だから，図の中の直角三角形を考えると答えが出せるよ。
本当だ。
を含む直角三角形を考えると，こうなるわね。
