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仕事・エネルギーと運動量の問題

難易度 2教科書の章末問題レベル高校物理 仕事・エネルギーと運動量

なめらかな水平面上の一直線上を、質量 の小球 A が右向きに速さ で、質量 の小球 B が左向きに速さ で進み、正面衝突した。A と B の間の反発係数(はね返り係数)は である。

右向きを正とするとき、衝突直後の A の速度は何 m/s か。符号を含めて有効数字 2 桁で答えよ。

AB

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(52 技能)
算数中学高校大学大学院

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一覧で見る(前提が先)
  1. 四則の混じった計算の順序
  2. 三角形・四角形の面積
  3. 分数のたし算・ひき算
  4. 小数の四則計算
  5. 正負の数の加法・減法
  6. 分数のかけ算・わり算
  7. 正負の数の乗除・累乗と四則混合
  8. 約数の見つけ方
  9. 素因数分解と約数の個数
  10. 平方根の意味と根号の簡単化
  11. 三平方の定理
  12. 特別な直角三角形の辺の比
  13. 小数と分数のまじった計算
  14. 最大公約数と最小公倍数
  15. 比の性質と簡単な比
  16. 三角形の角の大きさ
  17. 相似な三角形と長さの比
  18. 対頂角と平行線の同位角・錯角
  19. 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
  20. 三角比の定義と値
  21. 三角形の外角と角の組み合わせ
  22. 逆算(□ を求める)
  23. 分配法則を使った計算のくふう
  24. 文字式の計算(同類項・分配法則)
  25. 1 次方程式の解き方
  26. 二等辺三角形の角
  27. 平行四辺形と特別な四角形の性質
  28. 乗法公式による展開
  29. 折り返した図形の角と長さ
  30. 三平方の定理と平面図形
  31. ベクトルの演算と成分
  32. 重力と力の大きさ
  33. 2 力のつり合いと作用・反作用
  34. 力の種類とはたらき
  35. 重力・垂直抗力・張力の性質
  36. 慣性の法則と力のつり合い
  37. 力の分解と質点のつり合い
  38. 運動の法則(運動方程式)
  39. 運動方程式
  40. 運動量と力積
  41. 作用反作用の法則とつり合う 2 力の区別
  42. 運動量保存則
  43. 静止摩擦力・最大摩擦力・動摩擦力
  44. 静止摩擦力と動摩擦力
  45. 仕事
  46. 運動エネルギーと仕事の関係
  47. 弾性力とフックの法則
  48. 重力と弾性力の位置エネルギー
  49. 糸でつながれた物体の運動
  50. 力学的エネルギー保存則
  51. 反発係数と床との衝突
  52. 2 物体の正面衝突

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

衝突の前後で成り立つ 2 つの式、運動量保存の法則と反発係数の式を立てましょう。速度は右向きを正として符号をつけます。

ヒント 2

B の衝突前の速度は です。反発係数の式は となります。

ヒント 3

と を連立して を求めましょう。

答えと解説

答えを見る
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解説を読む

右向きを正とし、衝突直後の A, B の速度をそれぞれ , [m/s] とする。衝突前の速度は A が 、B が である。

運動量保存. 水平面はなめらかで、水平方向には A と B が互いに及ぼし合う力(内力)しかはたらかないので、2 球の運動量の和は保存する:

反発係数の式. 反発係数 は、衝突前後の相対速度の比で

連立. より 。これを に代入して


よって衝突直後の A の速度は (左向きに ではね返る)。なお で、確かに (B が A より右側で速い)となっている。

別解

右向きを正とする。衝突前の速度は m/s, m/s。衝突直後の速度を とする。\n\n運動量保存: より …①。\n\n反発係数: より 。よって …②。\n\n②を①に代入:、、 m/s。このとき m/s。\n\n検算:運動量 で一致。反発係数 で一致。\n\nしたがって衝突直後の A の速度は m/s(左向きに 0.76 m/s)。

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