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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

水平な床からの高さ の位置で小球を静かにはなしたところ、小球は鉛直に落下して床と衝突し、鉛直上向きにはね返って、床からの高さ の位置まで上がった。小球と床の間の反発係数(はねかえり係数)を求めよ。答えは有効数字 2 桁で求めよ。ただし、空気抵抗は無視し、重力加速度の大きさを とする。

左: はなす位置、右: はね返って上がった位置(同じ鉛直線上の運動を左右にずらして描いた)

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(48 技能)
算数中学高校大学大学院

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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。

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. 静止摩擦力・最大摩擦力・動摩擦力
  39. 静止摩擦力と動摩擦力
  40. 仕事
  41. 運動エネルギーと仕事の関係
  42. 弾性力とフックの法則
  43. 重力と弾性力の位置エネルギー
  44. 運動の法則(運動方程式)
  45. 運動方程式
  46. 糸でつながれた物体の運動
  47. 力学的エネルギー保存則
  48. 反発係数と床との衝突

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

反発係数は、静止した床との衝突では「衝突直後の速さ ÷ 衝突直前の速さ」です。まず、それぞれの速さを高さから求めましょう。

ヒント 2

落下中もはね返ったあとも重力だけがはたらくので、力学的エネルギー保存則から の形で速さが表せます。

ヒント 3

となり、 は消えます。数値を代入しましょう。

答えと解説

答えを見る
結果を記録する(このブラウザにだけ保存されます):
解説を読む

はなした高さを 、はね返って上がった高さを とし、小球の質量を とする。

衝突直前の速さ

落下中、小球には重力だけがはたらき空気抵抗は無視できるので、力学的エネルギーは保存する。衝突直前の速さを とすると

衝突直後の速さ

はね返ったあとも重力だけがはたらくので、力学的エネルギーは保存する。衝突直後の速さを とすると、最高点で速さが 0 になることから

反発係数

床は静止しているので、反発係数 は衝突直後と直前の速さの比で表される。

別解

衝突直前の速さを 、直後の速さを とする。落下では ()、はね返り後の上昇では ()。
反発係数 。
検算: で一致。

この問題の確認

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