慣性

バスに乗っているときに急ブレーキがかかると、体が前に持っていかれますよね。反対に、止まっていたバスが急に発進すると、体は後ろに反り返ります。倒れまいとして自分から力を入れているわけでもないのに、こうした現象は自然に起こります。

理由はとてもシンプルです。バスと一緒に前へ進んでいた私の体は、バスが止まった後も、そのまま前へ進み続けようとするからです。足はバスの床に接しているのでバスと一緒に止まりますが、上半身はそれまでの道をそのまま進もうとするため、前へ傾くのです。

シートベルトを締めなければならない理由もここにあります。車が壁にぶつかって止まっても、車内の人は車が走っていた速度のまま前へ飛び出そうとします。このとき、シートベルトが外からの力となって、体を無理やり止めてくれるのです。

転がってくるサッカーボールなら足で簡単に止められますが、同じ速さで転がってくる巨大なトラックは手では止められません。物体の質量が大きいほど、自分の運動の状態を保とうとする性質も大きくなるからです。

物理学では、質量を単なる「物質の量」としてだけでなく、「慣性の大きさを表す尺度」として説明することもあります。軽い空のベビーカーは簡単に押せて簡単に止められますが、重い荷物をぎっしり積んだ台車は、動かし始めるときにも力がたくさん必要で、止めるときにも大きな力がいります。

重さを感じない宇宙船の中でも、この原理はまったく同じように当てはまります。ふわふわ浮いている巨大な岩は、軽く押せば動きますが、速度はとてもゆっくりとしかつきません。速く動かすには大きな力を長い時間かけ続ける必要があり、いったん動き出した岩は、ほかの力に邪魔されないかぎり、その速度のまま進み続けます。ちなみに、宇宙船の中で体重を感じないのは、重力がないからではなく、宇宙船と人がいっしょに落下し続けているからです。

日常生活では、床に転がしたボールは少し進むと勝手に止まってしまうように見えます。そのため、昔の人は「物体はもともと止まろうとする性質があり、動き続けるには力を加え続けなければならない」と誤解していました。

しかし、ボールが止まる本当の理由は、慣性がなくなったからではありません。床との摩擦力や空気抵抗という「外からの力」が、絶えずボールの邪魔をしているからです。もし摩擦も空気抵抗もなく、引っ張る重力のようなほかの力も一切なければ、一度投げたボールは永遠に同じ速度でまっすぐ飛び続けます。

つまり、慣性は物体を動かす「力」ではなく、外からの干渉がないときに元の状態を保とうとする、物体の「固有の性質」なのです。これをガリレイとニュートンが明らかにし、「運動の第1法則」としてまとめました。