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 の台車 A と、質量 の台車 B が一直線上に置かれている。B は静止しており、A は B の左側から右向きに速さ で進んで B に衝突した。衝突後、A と B は一体となって一直線上を動いた。台車と水平面のあいだの摩擦と空気抵抗は無視できるものとする。衝突後の一体となった A と B の速さは何 m/s か。有効数字 2 桁で求めよ。
この問題で使うもの
- 運動量保存則(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(42 技能)
読み込み中…
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)
- 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
- 約数の見つけ方
- 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
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
運動量保存則を使います。A と B をひとまとまりの系とみて、水平方向に外力の力積がはたらくかどうかを確かめましょう。
ヒント 2
衝突後は一体となるので、速度は 1 つの文字 で表せます。式は です。
ヒント 3
右向きを正とすると、衝突前の運動量の和は です。これが に等しくなります。
答えと解説
答えを見る
どこでつまずきましたか?(選ぶと、戻る場所を案内します)
解説を読む
右向きを正とします。
運動量保存則が使えるか確かめる
A と B をひとまとまりの物体系として考えます。衝突のとき A と B がおよぼし合う力は作用・反作用の関係にある内力なので、系全体の運動量を変えません。外力は重力と垂直抗力ですが、どちらも鉛直方向の力で、水平方向の成分をもちません。また、面はなめらかで摩擦はなく、空気抵抗も無視できます。したがって、水平方向には外力の力積がはたらかないので、水平方向の運動量の和は保存されます。
衝突前の運動量の和
衝突後の運動量の和
一体となった A と B の速度を とすると、質量は なので、運動量の和は です。
運動量保存則の式を立てて解く
なので、一体となった A と B は右向きに動きます。その速さは です。
別解
水平方向には外力がはたらかない(なめらかな水平面で摩擦・空気抵抗は無視)ので、衝突の前後で運動量が保存される。右向きを正とし、衝突後の速さを とする。
より 。
検算:衝突前の運動量は 、衝突後は で一致する。また運動エネルギーは、衝突前が 、衝突後が で減少しており、完全非弾性衝突として矛盾しない。
答えは (向きは右向き)。