コマが倒れない理由は宇宙と同じだった！地球ごまで学ぶ歳差運動の不思議
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
地球ごまで「歳差運動」を体験してみよう！
あなたは、コマがなぜ倒れないか、考えたことはありますか？ただ回っているだけなのに、不思議と倒れずにいられる。その秘密を知ったとき、きっと「物理って面白い！」と感じてもらえるはずです。
地球ごまを使って歳差運動について観察しました。地球ごまは中の円盤が回転することによって、軸が安定して立つことができます。これをジャイロ効果といいます。回転するものは、その回転軸の向きを保ち続けようとする性質があります。自転車に乗っているときにバランスが取れるのも、タイヤが回転しているおかげで車輪がジャイロ効果を発揮しているからです。地球ごまも同じ原理で、中の円盤が高速回転しているあいだは、軸がピンと安定して立ち続けます。
コマを傾けると、不思議なことが起きる
中の円盤を回転させたまま、コマを傾けてみると、コマ全体が首振り運動を行います。こちらの動画をご覧ください。
このように少し左側に傾けて置いてみると、
これ以上倒れまいとするように、首振り運動が始まります。
歳差運動とは何か、もう少し詳しく
この首振り運動のことを歳差運動（さいさうんどう）といいます。
少しイメージしてみましょう。回転しているコマが傾くと、重力がコマを「倒そう」とします。しかし、高速回転しているコマはその力に正面から抵抗するのではなく、なんと横向きに動くという、直感に反した反応をします。その結果、コマの軸が倒れる方向ではなく、ぐるりと円を描くように首を振り始めるのです。
たとえるなら、誰かに肩を前から押されたとき、真っすぐ後ろに倒れるのではなく、くるっと横に回転してしまう、そんなイメージです。物理の世界では、このような「力の向きと動きの向きがずれる」現象を角運動量の考え方で説明します。回転しているコマは「角運動量」という見えない力を蓄えており、外から力を加えられると、その力と角運動量が組み合わさって、予想外の方向へ動いてしまうのです。
実は地球も歳差運動をしている
この歳差運動、実は地球そのものも行っています。地球は地軸を約23.4度傾けたまま自転していますが、月や太陽の引力の影響を受けて、地軸がゆっくりとコマのように首を振っています。その周期はなんと約2万6000年。気の遠くなるほど長いスパンで、地球はゆっくりと首を振り続けているのです。
この歳差運動のせいで、北極星は時代によって変わります。古代エジプトのピラミッドが建てられた頃、北の空に輝く星は現在の北極星（ポラリス）ではなく、「トゥバン」という別の星でした。歳差運動は、人類の歴史や文明とも深くつながっている現象なのです。
ブーメランが戻ってくる秘密も、歳差運動にあった
歳差運動は、感覚的に理解しにくい、不思議な運動ですね。実はこの運動がブーメランが戻ってくることとも関係しています。
ブーメランは投げると回転しながら飛んでいきます。このとき、上下の羽根に当たる空気の力に差が生じ、ブーメラン全体に傾けようとする力がかかります。すると、歳差運動と同じ原理で、ブーメランは倒れる方向ではなく横に曲がり始め、結果として大きな弧を描いて手元に戻ってくるのです。太古の狩猟道具にも、歳差運動の物理が隠されていたとは、なんとも驚きですね。
地球ごまひとつの中に、地球の自転から宇宙の歴史、そしてブーメランまでつながる、壮大な物理の世界が広がっています。ぜひ実際に手に取って、その不思議な動きを体感してみてください。
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