仕事・エネルギーと運動量の問題
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。
この問題で使うもの
- 2 物体の正面衝突(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(52 技能)
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- 相似な三角形と長さの比
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- 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
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- 三角形の外角と角の組み合わせ
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- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 1 次方程式の解き方
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- 三平方の定理と平面図形
- ベクトルの演算と成分
- 重力と力の大きさ
- 2 力のつり合いと作用・反作用
- 力の種類とはたらき
- 重力・垂直抗力・張力の性質
- 慣性の法則と力のつり合い
- 力の分解と質点のつり合い
- 運動の法則(運動方程式)
- 運動方程式
- 運動量と力積
- 作用反作用の法則とつり合う 2 力の区別
- 運動量保存則
- 静止摩擦力・最大摩擦力・動摩擦力
- 静止摩擦力と動摩擦力
- 仕事
- 運動エネルギーと仕事の関係
- 弾性力とフックの法則
- 重力と弾性力の位置エネルギー
- 糸でつながれた物体の運動
- 力学的エネルギー保存則
- 反発係数と床との衝突
- 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
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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)。