DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

ソフトボールでより遠くまで投げるには? 角度と速度と重力が影響する

今日の題材はソフトボールでより遠くまで投げるにはどのように投げればよいかということを書きたいと思います。

当然投げる力が強ければいいがいくら強くても変な角度で投げるとおかしな方向に飛んで行ってしまうため、角度と言う物が非常に重要になってきます。

初めは角度について書いていきたいと思います。

 

1. 最適な角度とは?

ソフトボールを投げるときには地面との角度が重要になり、角度が小さすぎると高さが足りずすぐ落ちてしまい、逆に角度が大きすぎると落ちるまでには時間がかかるが距離が伸びないという問題があります。

つまり、ソフトボールを投げるときには最適な角度が存在し、垂直,水平方向の両面で良い結果となります。

ここで考えるときには速度の方向の分解であり、垂直方向は垂直側で、水平方向は水平側で考える必要があります。

垂直方向の速度が大きい、つまり地面との角度がより大きいと落ちるまでに時間がかかり、水平方向の速度が大きい、つまり地面との角度がより大きいと短時間で遠くまで飛びやすくなります。

当然両立することは不可能なのでどれほどの角度が良いかと言いますと...

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大体想像はつくと思うが地面との角度を45度にしたときが最も遠くまで飛ばすことができ、飛距離は速度の2乗に比例し、重力加速度の1乗に反比例します。

また、エネルギーは速度の二乗に比例するのでかけるエネルギーを2倍にすると飛距離も2倍になり、逆にエネルギーの式より同エネルギーでも質量が重ければ飛距離は軽減します。

これは当たり前のことですがソフトボールよりもハンドボールのほうが飛びにくい理由となっております。

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このように質量が増えると同じ力でも相当飛びづらくなります。

 

 

このように以上の結果だと45度で投げたら最も遠くに飛ぶように見えるがこれはあくまで真空中での話であるので実際の飛距離はこれよりも大きくなることは無く、角度も40度ぐらいが最適と言われています。

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空気抵抗は水平方向には害しかないが垂直方向に対しては落ちるときに上向きに力がかかることで落ちづらくするというメリットもある。

まあ、総合的にはデメリットのほうが圧倒的に多いが。

また、初めに角度を上げすぎると垂直方向の速度が大きくなり、空気抵抗が多くかかるため、45度よりも若干小さいとより遠くに飛びます。

 

45度が最適になる所は真空中であるので月でソフトボールをすればよいのです。

ということで次は他の天体でのソフトボールを考えたいと思います。

 

 

 

2. もし、他天体でソフトボールをしたら

ソフトボールの飛距離は重力に影響するので他の天体でソフトボールを行った時の飛距離を考えたいと思います。

しかし、空気抵抗を考えると非常に計算が困難(というよりもできない)ので空気抵抗は一切考えないことにします。

では、その結果について書いていきます。

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このように金星での記録は地球の1.1倍程度だが火星で行うと2.6倍、月で行うと6倍以上の距離となります。

実はボールに加える力が同じなら水平方向の速度は地球で行った時と変わりませんが垂直方向の距離が地球とは大きく違い、重力が小さいと上方向に飛びやすくなり、その結果、地面に落ちるまでの時間が長くなります。

感覚的に、月の場合は投げてから落ちるまでの時間が地球の6倍ほど長くなり、相当上までボールが飛んでいき、その結果水平方向の速度は変わらないが6倍ほど遠くまで飛んでいくような感覚です。

ちなみに無重力空間で投げると落ちるどころか永遠に上に上がっていき、ついにはボールを見失います。

逆に重力が大きいところでソフトボールを投げるとやはり水平方向の速度は変わらないが異常に速い速度でボールが落ちてしまい、その結果すぐ近くまでしかボールは飛びません。

 

要するにソフトボール投げを行う時は角度45度(真空の場合)で重力が小さければよいのです。

地球上だと重力の大きさは変わらないように見えるが遠心力の関係上北極のほうが重力が強いので赤道直下での記録が一番よくなります。

 

 ちなみに火星と金星の説明の所で♂♀記号を使いましたがあれは火星と金星の惑星記号です。