高校物理 要点・解法ノート
差がつく

重心の運動(台車の上を人が歩く)

着眼点外力がなければ重心の速度は一定。はじめ静止なら重心は動かないので、人が進んだ分だけ台車が逆に動く。

v_G=\frac{m_1v_1+m_2v_2}{m_1+m_2}

(全運動量÷全質量)

例題
1
なめらかな床の上に静止している長さ 4.0\ \mathrm{m}、質量 150\ \mathrm{kg} の台車の一端に、質量 50\ \mathrm{kg} の人が立っている。人が他端まで歩いたとき、台車は床に対してどれだけ動くか。
解答
床に対する人の変位 x_p、台車の変位 x_c。重心が動かないので 50x_p+150x_c=0。
台車に対して人は 4.0\ \mathrm{m} 進むので x_p-x_c=4.0。
x_p=4.0+x_c を代入: 200+200x_c=0、x_c=-1.0
人と逆向きに 1.0\ \mathrm{m}(人は床に対して 3.0\ \mathrm{m} 進む)

「運動量と力積」の項目

  1. 運動量と力積の関係必須
  2. F-tグラフの面積=力積必須
  3. 運動量保存則必須
  4. 反発係数(はね返り係数)必須
  5. 一直線上の衝突(保存則+反発係数の連立)必須
  6. 分裂・人と台車(はじめ静止なら全運動量0)必須
  7. なめらかな面への斜め衝突必須
  8. 衝突で失われる運動エネルギー差がつく
  9. 平面内の衝突(成分ごとに保存)差がつく
  10. 重心の運動(台車の上を人が歩く)差がつく
  11. 動く台の上を滑る物体(水平方向だけ運動量保存)差がつく
  12. 質量が変化する物体(ロケットの連続噴射)不要

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