高校物理 要点・解法ノート
必須

運動量保存則

着眼点物体系に外力がはたらかない(または外力の力積が無視できる)なら、全運動量は一定。内力(衝突で押し合う力)は打ち消し合う。

m_1v_1+m_2v_2=m_1v_1'+m_2v_2'

導出の一言: 衝突中、AがBから受ける力積とBがAから受ける力積は作用・反作用で大きさが等しく逆向き。足すと0になる。

摩擦・重力などの外力があっても、衝突の一瞬はその力積が小さいので衝突前後では使ってよい。

例題
1
なめらかな水平面上で、3.0\ \mathrm{m/s} で進む質量 2.0\ \mathrm{kg} の台車が、静止している 1.0\ \mathrm{kg} の台車に衝突して一体になった。衝突後の速さを求めよ。
解答
2.0\times3.0+0=(2.0+1.0)v より v=2.0
2.0\ \mathrm{m/s}
2
右向きに 3.0\ \mathrm{m/s} で進む 2.0\ \mathrm{kg} の物体と、左向きに 4.0\ \mathrm{m/s} で進む 1.0\ \mathrm{kg} の物体が正面衝突して一体になった。衝突後の速度を求めよ。
解答
右向き正: 2.0\times3.0+1.0\times(-4.0)=3.0v より v=\dfrac{2.0}{3.0}=0.666\cdots
右向きに 0.67\ \mathrm{m/s}
注意運動量は保存しても、運動エネルギーは一般に保存しない(例1では 9.0\ \mathrm{J} が 6.0\ \mathrm{J} に減る)。

「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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