仕事・エネルギーと運動量（知識）の問題

エネルギーの変換とエネルギー保存について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちからすべて選べ。

• ア　化学電池（電池）は、電気エネルギーを化学エネルギーに変換して取り出す装置である。
• イ　粗い水平面上を滑っていた物体が摩擦によって止まるとき、減少した運動エネルギーは物体や面の内部エネルギー（熱）などに変わり、熱なども含めたエネルギーの総量は変わらない。
• ウ　原子力発電では、ウランなどの原子核が核分裂するときに放出される核エネルギーを熱に変え、その熱で発生させた水蒸気でタービンを回して発電する。
• エ　熱機関では、高温の物体から受け取った熱をすべて仕事に変えることができ、熱効率を $1$ にすることができる。
• オ　太陽電池は、光のエネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。

なめらかな水平面上で、一直線上を運動する 2 つの小球 A, B が正面衝突した。衝突後、A と B はたがいに遠ざかり、その遠ざかる速さ（相対速度の大きさ）は、衝突前に A と B がたがいに近づく速さ（相対速度の大きさ）と等しかった。小球は質点とみなせ、衝突の間、2 球には水平方向の外力ははたらかないものとする。

この衝突について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　衝突の前後で、A と B の運動量の和は保存されるが、運動エネルギーの和は減少する。
• イ　衝突の前後で、A と B の運動量の和も運動エネルギーの和も保存される。
• ウ　この衝突は、完全非弾性衝突である。
• エ　この衝突での A と B の間の反発係数（はねかえり係数）は $0$ である。
• オ　衝突の前後で、A と B の運動エネルギーの和は保存されるが、運動量の和は保存されない。

次のア〜オのそれぞれの運動について、物体の力学的エネルギー（物体の運動エネルギーと重力による位置エネルギーの和）を考える。運動している間、物体の力学的エネルギーが一定に保たれるものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、どの場合も空気抵抗は無視し、物体は質点とみなせるものとする。また、曲面・床・糸の上端は地面に固定されていて動かないものとする。

• ア　なめらかな（摩擦のない）曲面上を、物体が曲面から離れずにすべり下りる。
• イ　粗い（摩擦のある）水平な床の上を、物体がすべりながらしだいに遅くなる。
• ウ　軽くて伸びない糸の上端を固定し、下端につるした物体が、糸がたるまないまま鉛直面内で振り子として往復運動をする。
• エ　物体を手で持ち、一定の速さで鉛直上向きにゆっくりと持ち上げる。
• オ　斜め上向きに投げ上げられた物体が、地面に落ちるまで空中を運動する。

小球をある高さから静かにはなし、水平に固定された床に鉛直に衝突させたところ、小球は鉛直上向きにはね返り、はなした高さよりも低い高さまで上がった。この衝突について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、空気抵抗は無視する。

• ア　小球と床の間の反発係数は $1$ であり、衝突の前後で小球の力学的エネルギーは保存される。
• イ　小球と床の間の反発係数は $0$ であり、衝突によって小球の運動エネルギーはすべて失われる。
• ウ　小球と床の間の反発係数は $1$ より大きく、衝突によって小球の力学的エネルギーは増加する。
• エ　小球と床の間の反発係数は $0$ より大きく $1$ より小さく、衝突によって小球の力学的エネルギーの一部が失われる。

水平でなめらかな（摩擦の無視できる）氷の上に、質量の異なる 2 人のスケーター A, B が向かい合って静止している。2 人は両手で互いに水平に押し合い、その後、互いに逆向きに一直線上をすべって離れていった。空気抵抗は無視し、A と B の 2 人をまとめて 1 つの物体系として考える。

このことについて述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　A が B を押す力と、B が A を押す力は、この物体系にとって外力である。
• イ　押し合っている間に A が B から受けた力積と、B が A から受けた力積は、大きさが等しく向きが逆なので、その和は 0 である。
• ウ　押し合ったあとの A と B の運動量の和は、2 人が押し合う力が大きいほど大きくなり、0 にはならない。
• エ　押し合ったあとの A と B の速さは、2 人の質量に関係なく、つねに等しくなる。
• オ　A と B にはたらく重力と、氷の面から受ける垂直抗力は、この物体系にとって内力である。