このクイズのヒント
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ヒント知らないよ
このクイズの参加者(12人)
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落研
難易度:★★★
いはら 2010/09/08 12:48 シロー君は予知能力に加え、瞬間移動能力も身につけました。
自分を含む空間と他の空間を入れ替えることにより、自分を移動させる能力です。 「自分を含む空間」は自分で自由に決めることができます。 但し、その空間内の任意の点は、 その空間内の長さ10cm以下の経路をたどって自分の身体に到達できる ようになっていないといけません。 この空間の調整により、服や胃の中のものも一緒に移動させることが可能となっているのです。 「自分を含む空間」と移動先の空間が重なる場合には瞬間移動はできません。 また、それらの空間が固体の一部と重なる場合にも瞬間移動できません。 空間の入れ替えによって物体が切断されるような結果にはならないということです。 10メートル右に移動、などと思うだけで、瞬時に空間が入れ替わります。 移動は平行移動に限り、移動の前後で運動量は保存されます。 ある日、先生が言いました。 「今日はちょっとした思考実験をしてみようか。 君がテレポー塔のてっぺんから飛び降りたと想像してみよう。 あっという間に地面が目の前だ! このままでは、次の瞬間に地面に激突して死んでしまうだろう。 この状態から真下の地面に無事着地するにはどうすればいいかな。 そこに着地するまでは他の物体に触れてはいけない。 なるべく安全に着地する方法を考えてくれたまえ」 ◇◇◇ 青柳学園シリーズ第9弾! 「他の物体に触れてはいけない」というのは液体も含みます。 一度海に落ちるとかは認められません。 もちろん、他の人の協力は得られず、特殊な装備、道具類は使えません。 空気に対する速度が大きくなると、風圧によるダメージを受けます。 既に受けた大きさ以上の風圧はなるべく受けないようにしましょう。 塔の高さなどは他の問題に書いてありますので、探してみましょう。 囁きは私の独断で公開することがありますので、 非公開希望の方は明記しておいて下さい。 --- 答えはNo.31,32をご覧下さい。
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いはら
ありがとうございます
残念ながら、その作戦を行うには手遅れです。 もう既に○○メートル落下して、 地面まであと1cmとか、そんなぎりぎりの状態なのです
いはら
方向性はいいのですが、
これだとものすごい風圧を受けることになります。 もっと安全な方法でお願いします。 質問です。平行移動というのは、水平移動という意味ですか。
どの方向でもよいのなら、上方への垂直移動をすればよさそうな気がしますが。 質問をひとつ
いはら
もちろん真上に移動することも可能ですが、
その後どうやって真下の地面に着地するつもりなのでしょうか。 落下速度はどんどん大きくなりますから、 状況を悪化させるだけのような気がしますが 3m上方向に移動
地面に着く直前まで体勢を立て直す。 3m上方向に移動 …を繰り返し、体勢を立て直しきったら、3m上方向に移動後、地面に着地するように下方向に移動 いつ地面にぶつかるかは、予知能力で予知する。 こんな単純にはいかないですか?
いはら
うーむ。
瞬間移動したら移動速度が0になると思っていませんか? 真上に移動しても落下速度はそのままですので、 この手順だと死んでしまいます。 質問です。
>移動は平行移動に限り、移動の前後で運動量は保存されます。 とあるのですが、平行移動でない場合 (例えば十分遠くの直線の周りを180°回転した場所に瞬間移動する場合) 運動量はどうなるのでしょうか? というか、速度方向はどうなるんでしょうか? :追記: ↓なんだか、私が激しく勘違いしていたようです。 「〜に限り、移動の・・・で保存されます」の「限り」を、勘違いしていました 瞬間移動は平行移動しかできない、という意味だったのですね。 結構安全を図るのは難かしい気がする・・・。考えて直してきます
いはら
平行移動とは、移動の前後で体の向きが変わらないということです。
もう少し厳密に言うと、 移動前と移動後の対応する点を結んだ線分 (例えば移動前の鼻と移動後の鼻を結ぶ線分) がすべて同じ長さで平行になるということです。 ですので、質問にあるような移動はできません。
いはら
うな丼さんと同じお答えですね。
これは非常に危険な方法ですので、正解とは認められません。 「その空間内の任意の点は、その空間内の長さ10cm以下の経路をたどって自分の身体に到達できる」
ここがよくわからないのですが、 「自分の体から10C以内の空間まで一緒に移動できる」ということでいいんでしょうか?
いはら
厳密に言うと違うのですが、
この問題ではそう考えてOKです。
いはら
このお答えは3人目ですが、
これではうまくいきません。 ある重大な事実を見落としています。
いはら
このお答えは4人目です
他の人に付けたコメントをお読み下さい。
いはら
ちょっと無駄がありますが、
実質5人目です
いはら
足りないですね。
6人目です
いはら
>〜ってことですか?(囁き2行目)
そのとおりです! その点に触れられたのは、あいうさんが始めてです >〜としたら(囁き4行目) 実はその仮定部分は正しいのです。 他の問題のどこかに明記してありますので、 よかったら探してみて下さい。 >〜を利用し・・・〜ように調整 というのは抽象的過ぎますので、 ある程度具体的に移動方法をお書き下さい。
いはら
ご訪問ありがとうございます
予想通りの7人目です。
いはら
8人目です
方向性は間違っていないです。 なぜこの方法で駄目なのかを考えてみましょう。
いはら
9人目でした
色々考慮されていますが、その辺は無視して問題ないと思います。 無視してはいけないものが無視されているのです。 地球の裏側に空気を10cmまとって
瞬間移動 落下方向速度ベクトルを無視すれば相対速度3400cosθkm/hで空気が流れてくるので 10cm/(3400cosθkm/h)=0.0001/cosθ秒で 強風がやってくる。 赤道にいるとしたら0.0001秒。 まあ余裕を持って0.00005秒経ったら 自分だけ(できるだけ周りの空気をまとわず)元の位置に近いところにテレポ。 着いたら瞬時にまた10cmまとって裏側へ。 これを繰り返し100m自由落下するのに必要な時間だった 4〜5秒ほど続ける(テレポ8万往復程度) まあ安全にっていうのであればとりあえず 最初に元にいた位置の上方にテレポしといて 予知で入念にシミュレーションすべきですね・・・ もっと楽な方法はありますかい?
いはら
予想外の方法でびっくりしました
実際に行うのは無理っぽいですが、 理論的にはうまくいきそうですので、銀メダルを進呈いたします 本解は楽な方法とは言えませんが、無理のない方法だと思います。
いはら
そのとおりです。
あれが答えだったら★一つです
いはら
ようやくこの問題の難しさが理解されてきたようです
既にかなりの落下速度になっていますから、 都合のよい上昇気流を見つけるのは難しいでしょう。 本解では上昇気流は使っていませんよ
いはら
既にお気づきのとおり、
これだと移動速度は変わらないですし、 窒息死の危険があります
いはら
これで晴れて?10人目です
いはら
これで最終的に速度0になるとは思えないのですが、
私の勘違いでしょうか? それから、前にも書きましたが、θ=0です
いはら
これが多数の人が囁いているシンプルな回答です
しかし、ある理由により、これはうまくいきません。 赤道周回上の6度ほど東の地上100mの空中に瞬間移動する。これによって、ほぼ地表に対しての相対速度が0になる。そこでまた100m落下して地表にぶつかる直前にさらに6度ほど東の地上100mの空中に瞬間移動する。
これを59回繰り返した後、最後はテレポー塔の地表ぎりぎりに瞬間移動。 100m自由落下後の速度は159m/h。赤道直下の自転速度は1666m/hで、だいたい6度東移動で地表との相対速度が最も小さくなると考えました。 これでどうでしょう?
いはら
これはかなり本解に近い方法です
多分大丈夫だと思いますが、問題がないかどうか検証します。 しばらくお待ち下さい。 --- しっかり検証しようと思いましたが、 計算が面倒になり、途中でやめました 最終的に速度を0にすることはできませんが、 安全に着地できる程度に抑えられると思いますので、 正解といたします! 本解では最終的に速度0にできます。
いはら
いえ。それについては考える必要はありません。
もう一つの方が大影響を与えるのです
いはら
重力加速度の変化によるダメージなんぞは無視して構いません。
問題はもっと大きなものです。
いはら
追記の方法が、大勢の方が囁いている方法です。
11人目です ちょっとしたヒントです。
瞬間移動について色々書いてありますが、ほとんどはこの問題に関係ありません。 平行移動で運動量は保存されるというところだけ押さえておけば十分です。 また、予知能力も特に必要ではありません。 実際に行う場合には予知能力を使って不測の事態に備えたほうがいいでしょうが、 思考実験の段階でそこまで考える必要はありません。 テレポー塔の高さは100メートルです(「摩訶不死議」に記述あり)。 青柳学園は赤道上にあります(「疑問の予知あり」に記述あり)。 11人の方に同じ答えを囁いていただきましたが、 ある理由により、その方法ではうまくいかないと書きました。 実は北極や南極でならうまくいくのですが、赤道上ではうまくいかないのです。
いはら
いいえ。○○も特に関係ありません。
ところで、○○はどうして発生するんでしょうね? No.25については、全く考える必要はありません。 それを考慮しないといけないのであれば、 普通のジャンプすらできないことになりますよ 11名の方の回答は次のようなものでした。
地球の裏側に瞬間移動すると、運動量が保存されるので、 その地点では地面から上昇することになる。 重力によって上昇速度はだんだん小さくなり、ついには静止する。 その瞬間に最初の位置に移動すれば、速度0で着地できる。 しかし、地球は自転していますので、この方法ではうまくいきません。 宇宙空間から地球を見ると、塔もシロー君も空気も地球と一緒に回転しています。 赤道の長さは4万km、24時間で一周しますので、 移動速度を計算すると秒速約463mとなります。 地球の裏側に移動すると、 その地点での空気の移動方向とシロー君の移動方向はほぼ逆向きになります。 地面から垂直に上昇することにはなりませんし、 秒速900m以上のものすごい風圧を受けることになります ちなみに、100m落下するのにかかる時間は約4.5秒で、 そのときの落下速度は秒速44mくらいです。 実際には空気抵抗がありますので、これより若干小さい速度になるでしょう。 来週あたりに正解を発表いたします。 それでは、正解を発表します。
地球の自転軸の延長線上の宇宙空間からの視点で考えます。 地球は円に見えますが、その円周が赤道にあたります。 その円周上に塔があり、円とともに回転しています。 時計回りに回転しているとして話しを進めます。 シロー君が塔のてっぺんにいるときも、24時間で一周します。 地表にいるときとは一周の長さが異なりますので、移動速度もわずかに異なるのですが、 大した差ではないので地表の移動速度と同じとみなします。 地表の移動速度をVとします。 塔から飛び降りたシロー君の、地面に接触する寸前の落下速度をvとします。 これは地表にいる人の視点での落下速度です。 以前計算したように、Vはvよりかなり大きいです。 シロー君の移動速度を、 シロー君と地球の中心を結ぶ方向と、それに垂直な方向に分解すると、 地球の中心方向にv、その垂直方向にVとなっています。 縦の長さがv、横の長さがVの長方形ABCDを考えてみます。 A D ┏━━┓ ┗━━┛ B C ベクトルABが地球の中心方向への移動速度、 ベクトルADがそれに垂直な方向への移動速度となります。 ベクトルAB、ADの和、ACが実際のシロー君の移動速度です。 直線ACついてB、Dと対称な点をB'、D'とすると、 長方形AD'CB'は長方形ABCDと合同になります。 ABとAB'、ADとAD'の長さは等しく、AB'とAD'は垂直です。 さらに、ベクトルAB'とAD'の和はACです。 よって、ベクトルAD'と地表の移動速度が一致する点に瞬間移動すれば、 地球の中心から離れる方向に移動速度v、 それに垂直な方向には速度Vとなります。 このような瞬間移動を行うと、それまでは真っ直ぐに落下していたのが、 次の瞬間、真っ直ぐに同じ速度で上昇することになります。 (シロー君の視点で) 地表の移動速度がベクトルAD'と等しくなる点は必ずあります。 円の中心Oから直線AB'に平行な直線を引くと、円と2点で交わりますが、 Aに近い方の交点が条件を満たします。 (遠い方は向きが逆になります) その点をPとすると、∠AOP=2∠ACBです。 θ=∠AOPとすると、θ/2=arctan(v/V)であり、 θ=2arctan(v/V)=2×5.429・・・=10.85730・・・ となります。 円周上、回転角約11度の回転をした位置への移動になるわけです。 その地点では地面に対して垂直に速度vで上昇しますので、 やがては上昇速度0になり、その後は垂直に下降し、 落下速度vで地表に達することになります。 これは最初と同じ状況ですので、同じプロセスを好きなだけ繰り返すことができます。 さらに、移動時の落下速度を0からvへと連続的に変化させると、 上記の回転角度は0からθへと連続的に変化します。 落下の途中で瞬間移動を行うことによって、落下速度は0からvの好きな値にできますので、 回転角度を0からθまでの任意の値にすることができます。 よって、角度θの回転を何度か行い、 最後の1回だけ、回転角度の合計が360度になるように調整してやれば、 ぴったり最初の位置に戻ってくることができます。 このとき、シロー君は地面から垂直に上昇しますので、 上昇速度0になった時点で地面に移動すればよいのです。 33<360/θ<34ですので、34回の移動で地球を一周し、最初の位置に戻れます。 所要時間は約5分です。 最初の落下速度がどうであっても、同様の方法で安全に着地することができます。 移動手順を整理しておきます。
1.地面に達する寸前に、地球の中心に対して回転角度θとなる地点に瞬間移動します。 (赤道上、地球の自転の方向への移動です) 地表の移動速度を底辺、シロー君の落下速度を高さとする直角三角形を描いたとき、 その仰角の2倍の角度がθです。 移動した地点では、最初の落下速度と同じ速さで地面に対して垂直に上昇します。 再び地表に達した時点での落下速度は、最初の落下速度と同じ大きさになります。 2.1の移動を、360−回転角度合計がθ以下となるまで繰り返します。 3.2の角度がθ以下となったときの、その角度をθ'とします。 落下の途中で、回転角度がθ'となるような落下速度に達した時点で、 最初の地点に瞬間移動します。 地表の移動速度を底辺、仰角θ'/2の直角三角形を描いたときの高さが、 そのときの落下速度の大きさです。 移動後は地面から垂直に上昇することになりますので、 上昇速度が0になった瞬間に真下の地面に移動すれば完了です。 メダルを進呈しました、あいうさんとたぬきおやぢさんの回答を公開しました。 なるほど!自転と同じ方向の移動は全然考えてなかったです。
最後の一回はタイミングが結構シビアですが、近くまで行ければ 微調整が効きそうだし、失敗してもまた一周しちゃえばいいので 何回かトライしてれば上手くいきそうな感じですね。 言われてみれば・・・みないな、面白い問題でした
いはら
ご挑戦ありがとうございました
地球の自転の影響を相殺することを考えれば、必然的にこの方法になる と思っていたのですが、誰も回答してくれませんでした この問題を思いついたときには、まさかこんな答えになるとは思っておらず、 自分でもびっくりの問題でした |