高校物理 要点・解法ノート
必須

一直線上の衝突(保存則+反発係数の連立)

着眼点未知数は衝突後の2つの速度。運動量保存と反発係数の2式で決まる。

例題
1
速さ 4.0\ \mathrm{m/s} の小球Aが、静止している同じ質量の小球Bに弾性衝突(e=1)した。衝突後の速度を求めよ。
解答
m\times4.0=mv_A'+mv_B'、v_B'-v_A'=1\times4.0。
足して 2v_B'=8.0 より v_B'=4.0、v_A'=0
Aは止まり、Bが 4.0\ \mathrm{m/s} で進む(等質量の弾性衝突は速度の交換)
2
右向きに 3.0\ \mathrm{m/s} で進む 2.0\ \mathrm{kg} の小球Aが、静止している 1.0\ \mathrm{kg} の小球Bに衝突した。反発係数 0.50 のとき、衝突後の速度をそれぞれ求めよ。
解答
運動量: 2.0\times3.0=2.0v_A'+1.0v_B' … ①
反発: v_B'-v_A'=0.50\times3.0=1.5 … ②
②より v_B'=v_A'+1.5 を①へ: 6.0=3.0v_A'+1.5、v_A'=1.5、v_B'=3.0
A: 右向き 1.5\ \mathrm{m/s}、B: 右向き 3.0\ \mathrm{m/s}(検算: 2.0\times1.5+1.0\times3.0=6.0)
ポイント答えが出たら「後ろの物体が前の物体を追い越していないか(v_A'\le v_B')」を確認させる。

「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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