なぜ体は逆に回る？回転いす実験でひも解く物理の不思議（角運動量保存の法則）
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
回転いすに座るだけで体験できる不思議な物理現象
もし今、家に回転いすがあるなら、ちょっと立ち上がって試してほしいことがあります。いすの上に立ち、両手を大きく写真の赤の矢印の方向、反時計回りにぐるっと回してみてください。さて、あなたの体はどうなると思いますか。多くの人が「体も回転する」と答えます。
では、質問です。体は反時計回りに回るでしょうか、それとも時計回りに回るでしょうか。
予想を裏切る体の動き
実際にやってみると、なんと体は手とは逆方向、つまり反時計回りに回転してしまうのです。
手を時計回りに動かしたのに、体は反対に回る。この意外な結果に、思わず「あれ？」と声が出てしまう人も多いのではないでしょうか。
回転椅子でやってみても同じ結果ですよ！
この現象、実はボートの上でボールを投げたときに、ボートが投げた方向とは逆に動いてしまう現象とよく似ています。まさに作用反作用の法則の仲間だといえるのです。
次に、ちょっとしたクイズを出しましょう。回転台に乗ってジャイロホイールを写真のように、縦から横に傾けると、体はどっち向きに回転するでしょう？これも角運動量で考えてみてください。
答えはこちらです。
実際にやってみると、傾けていくに従って、体がジャイロホイールとは逆の方向に回転します。
これも角運動量の保存の法則で説明がつきます。初め水平方向の回転がなかったのに、傾けることによって赤の回転が生まれます。これを打ち消す向きに体が回るのです。
カギを握るのは角運動量保存の法則
この不思議な現象を説明してくれるのが角運動量保存の法則です。回転いすに立った瞬間、あなたの体全体の角運動量はゼロの状態です。つまり、何も回っていません。
ところが、手を時計回りに大きく回すと、その手の動きによって時計回りの角運動量が新たに生み出されます。しかし、外から何も力が加わっていない限り、体全体の角運動量の合計はゼロのまま変わらないという決まりがあります。これが角運動量保存の法則です。
そこで体はどうするかというと、手が生み出した時計回りの角運動量とちょうど釣り合うように、反時計回りの角運動量を体自身で作り出そうとします。その結果として、胴体が反時計回りにくるっと回転してしまうというわけです。まるで体が「バランスを取らなきゃ」と自動的に反応しているかのようで、実に面白い仕組みですね。
ぜひ自宅の回転いすや回転台で試してみてください。手の動かし方や速さを変えると、体の回転の仕方も変わってきて、意外と奥が深い実験になりますよ。
この現象を３次元に広げるとジャイロ効果になる
ここで紹介した現象は、いわば２次元的な角運動量保存の実験です。実はこれを３次元の世界に広げていくと、あの有名なジャイロ効果による歳差運動にたどり着きます。
歳差運動とは、コマが倒れそうになりながらも、軸自体がゆっくりと円を描くように首を振る、あの独特の動きのことです。
回転する物体が持つ角運動量が、外から加わる力（多くの場合は重力）とせめぎ合うことで生まれる現象で、地球の自転軸がゆっくりと向きを変えていく現象も、実は同じ原理によるものなのです。
回転いすの上でジャイロホイールを持ち、回転台の周りで動かしてみると、手や体に伝わってくる不思議な力の感触を通じて、この歳差運動の仕組みをより実感できるはずです。
こちらはジャイロホイールを紐に吊るしたときの様子です。重力によって倒れそうとすることから起こる歳差運動によって、別の方向の回転が始まるのが面白いところです。
身近な回転いすの実験から、宇宙規模の運動法則までがひとつの原理でつながっている、そんな物理の面白さをぜひ味わってみてください。
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