解答

解説

まず、（Ⅰ）の図のような振り子が動くときの速さに着目してみましょう。振り子のおもりをＡ点まで持ち上げて手を離すと、だんだん速くなるように動き、もっとも低いＢ点を通過するときに振り子の速さがもっとも速くなります。また、おもりがＢ点を通過した後は、だんだん遅くなるように動き、Ａ点と同じ高さにあるＦ点にきたときに一瞬停止します。次に、（Ⅱ）の図のように斜面を球が転がるときの速さに着目してみましょう。表からもわかるように、球はだんだんスピードを上げて転がっていきます。

これらの振り子や球の動く速さと高さの関係を、電車の動きに結びつけると、電車が駅を出て加速していくときには、地下の深いところへ下がっていき、次の駅に近づき減速していくときには、地上の方へ上がっていき、駅をもっとも高い位置に配置すれば、加速や減速のために使う電力の節約につながると推測することができます。

なお、地上を走る電車の場合には、地理的な環境などから、多くの場合、駅と線路の位置に高低差をつけることが難しいと考えられます。地下鉄でも地形や埋設物による制約があるものの、近年では可能な区間でこのような工夫を取り入れているケースがあるようです。