(1)
小球は台車に対して鉛直上向きに打たれますが、台車が水平方向に運動しているので、砲弾の軌道は斜め向きへの打ち出し、ということになります。よって、床で静止している観測者から見れば、斜方投射に見えます。
細かい話ですが、砲弾が発射筒の底から発射筒の上端まで移動する間も、台車が進んでいる都合、床から見たらすでに斜め向きへの運動が始まっていることがわかります。なので、発射筒が台車に対して垂直に設置されていても、きちんと砲弾は斜め向きに打ち出されてくれます。
(2)
台車から見ているイメージの方が分かりやすいかもしれません。
台車は水平方向に等速運動していますので、台車の上から見ると、砲弾は単なる鉛直投げ上げ運動をしているように見えます。
等速で自転している地球上でボールを真上に投げたときに、地球上の人間から見たら、単なる鉛直投げ上げ運動をしているように見えることと同じです。この運動を、もし宇宙から見たとすると、秒速何\(km\)もの速さで自転している地球上での投げ上げはきっと斜方投射をしているように見えるかと思います。
すると、砲弾は発射筒から鉛直投げ上げされて、そのまますっぽりと筒に戻ってくるはずですので、答えとしては ③ ということになりますね。
