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高校基礎Chapter 118

運動量と力積

運動量 = 質量×速度。力積を与えると運動量が変わる。衝突問題は「外力ゼロ → 運動量保存」で解く。

#運動量#力積#衝突#保存則

つまり「外力がなければ運動量は変わらない」

p=mv[kgm/s]p = mv \quad [\text{kgm/s}]

力積を与えると運動量が変化する:

FΔt=Δp=mv2mv1F\Delta t = \Delta p = mv_2 - mv_1


運動量保存則

外力の合力がゼロ → 系全体の運動量は変わらない

m1v1+m2v2=m1v1+m2v2m_1 v_1 + m_2 v_2 = m_1 v_1' + m_2 v_2'

衝突問題は全部これで解ける。


完全非弾性衝突(くっつく)

m1v1+m2v2=(m1+m2)Vm_1 v_1 + m_2 v_2 = (m_1 + m_2)V

問1 2.0kg(4.0m/s)が静止した3.0kgにぶつかってくっついた。速度は?

V=2.0×4.02.0+3.0=8.05.0=1.6m/sV = \frac{2.0 \times 4.0}{2.0 + 3.0} = \frac{8.0}{5.0} = \boxed{1.6 \, \text{m/s}}


はね返り係数

e=e = \frac{}{}

e = 1:完全弾性衝突(エネルギー保存も成立)

e = 0:完全非弾性衝突(くっつく)

0 < e < 1:不完全弾性衝突(普通の衝突)


よく混乱するところ

「弾性衝突 = 運動量保存」は間違い。

どんな衝突でも運動量は保存される。

エネルギーが保存されるかどうかが弾性衝突の条件。


💡豆知識

自動車のエアバッグは力積の概念の応用だ。衝突時に同じ運動量の変化(Δp)があっても、時間Δtを長くすれば力Fを小さくできる(F = Δp/Δt)。エアバッグが膨らむことで衝突時間を長くし、体に加わる力を小さくする。バンパーのつぶれやすい設計も同じ原理だ。

よく間違えるところ

「弾性衝突でエネルギーが保存される」と「どんな衝突でも運動量が保存される」の区別。運動量保存は「外力の合力がゼロ」なら常に成立。エネルギー保存(力学的エネルギー)は弾性衝突のみ。非弾性衝突では一部が熱・音に変換される。

重要ポイント

まとめ

  • p = mv(運動量)
  • FΔt = Δp(力積 = 運動量変化)
  • 外力ゼロ → 運動量保存
  • 弾性衝突:運動量+エネルギーが保存、非弾性衝突:運動量のみ保存

まとめ

  • p = mv(運動量)
  • FΔt = Δp(力積 = 運動量変化)
  • 外力ゼロ → 運動量保存
  • 「くっつく」→ 完全非弾性衝突(V求める)

// quiz

確認問題

Q1.質量2.0kg・速度3.0m/sの物体の運動量はいくらか?

Q2.運動量保存則が成り立つ条件はどれか?

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