単元一覧 › 高校物理 仕事・エネルギーと運動量

仕事・エネルギーと運動量の問題

難易度 1教科書の例題レベル高校物理 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 に向かって右向きに速さ で進んでいる。A は B に衝突し、その後 A と B は一体となって運動した。台車は同じ直線上だけを運動し、空気抵抗と面との摩擦は無視できるものとする。衝突後に一体となった A と B の速さは何 m/s か。有効数字 2 桁で求めよ。

AB(静止)
衝突前のようす

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(42 技能)
算数中学高校大学大学院

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)
  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

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

運動量保存則を使う。水平方向に外力の力積がはたらくかどうかをまず確かめよう。

ヒント 2

右向きを正とし、衝突後の速度を とおく。衝突前の運動量の和 と、衝突後の運動量の和 が等しい。

ヒント 3

という式になる。あとはこれを について解けばよい。

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

運動量保存則が使えるか確かめる

衝突のあいだ、A と B が受ける力を、A と B をまとめた物体系の外からの力(外力)と、系の中の力(内力)に分けて考える。

  • 重力と垂直抗力は鉛直方向の力で、つり合っている。
  • 水平面はなめらかで、空気抵抗も無視できるので、水平方向には外力がはたらかない。
  • A と B が押し合う力は内力である。この 2 力は作用・反作用なので大きさが等しく逆向きで、それぞれの力積は打ち消し合う。

したがって、水平方向には外力の力積がはたらかない。よって、水平方向について A と B の運動量の和は衝突の前後で変わらない(運動量保存則)。

式を立てる

右向きを正とし、衝突後に一体となった A と B の速度を とする。衝突前は、A の速度が 、B の速度が である。衝突後は、質量 の一つの物体が速度 で動くとみなせるので、運動量保存則より

解く

なので、一体となった A と B は右向きに進む。求める速さは である。

別解

衝突の前後で、A と B の系には水平方向の外力がはたらかないので、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。

衝突前の運動量の和は 。
衝突後の運動量の和は 。

運動量保存則より なので 。

検算:衝突後の運動量は で、衝突前と一致する。V は正なので右向きに進む。

よって速さは 。

この問題の確認

AI が作成した問題です。公開前に次の確認を行いました。確認の方法について

間違いを報告する

この問題の誤り・分かりにくい点・難易度や学年のずれを知らせる
どこについての報告ですか

報告の内容と問題の番号を保存します。名前やメールアドレスは保存しません。

関連する問題