仕事・エネルギーと運動量の問題
なめらかな水平面上に、質量 の小球 が静止している。質量 の小球 が、右向きに速さ で進んできて、 に正面衝突した。衝突の前後で、 と は同じ一直線上を運動する。 と の間の反発係数(はねかえり係数)を とするとき、この衝突で失われた力学的エネルギー(運動エネルギーの和の減少量)は何 J か。有効数字 2 桁で求めよ。
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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- 四則の混じった計算の順序
- 三角形・四角形の面積
- 分数のたし算・ひき算
- 小数の四則計算
- 正負の数の加法・減法
- 分数のかけ算・わり算
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
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- 素因数分解と約数の個数
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 三平方の定理
- 特別な直角三角形の辺の比
- 小数と分数のまじった計算
- 最大公約数と最小公倍数
- 比の性質と簡単な比
- 三角形の角の大きさ
- 相似な三角形と長さの比
- 対頂角と平行線の同位角・錯角
- 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
- 三角比の定義と値
- 三角形の外角と角の組み合わせ
- 逆算(□ を求める)
- 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
- 二等辺三角形の角
- 平行四辺形と特別な四角形の性質
- 乗法公式による展開
- 折り返した図形の角と長さ
- 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
まず衝突後の A と B の速度を求めます。運動量保存則と反発係数の式の 2 つを連立しましょう。
ヒント 2
右向きを正として、運動量保存は 、反発係数の式は です。
ヒント 3
衝突後の速度は 、 です。衝突前と衝突後の運動エネルギーの和をそれぞれ計算し、差をとりましょう。
答えと解説
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解説を読む
右向きを正とし、衝突後の , の速度をそれぞれ , とする。
運動量保存則
衝突のとき A と B が及ぼし合う力は内力で、水平面はなめらかなので水平方向の外力ははたらかない。よって運動量の和は保存する。
反発係数の式
反発係数は、遠ざかる速さと近づく速さの比なので
連立して解く
より を に代入すると
(A は左向きに速さ ではね返る。)
失われた力学的エネルギー
衝突前の運動エネルギーの和は
衝突後の運動エネルギーの和は
よって失われた力学的エネルギーは
別解
右向きを正とし、衝突後の A, B の速度を , とする。
運動量保存: …①
反発係数: より …②
①に を代入: より 、(左向き)。
衝突前の運動エネルギー: 。
衝突後: 。
失われたエネルギー 。
検算: 公式 。一致。