一次元における完全弾性衝突 ― 問題点と解決策

1. 質量200グラムのボールAが10m/sの速度で移動し、静止している質量200グラムのボールBに衝突します。衝突後のボールAとボールBの速度はそれぞれいくらですか?

既知:

球Aの質量(m A )= 200グラム = 0.2 kg

ボールBの質量(mB )=200グラム=0.2kg

衝突前のボールAの速度(v A )= 10 m/s

衝突前のボールBの速度(v B )= 0

求めたいもの:衝突後のボールAの速度(v A ')とボールBの速度(v B ')

解決策:

v A ' = v B = 0

v B ' = v A = 10 m/s

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2. 質量が等しい2つの物体が互いに接近し、衝突して跳ね返ります。衝突前の質量Aの速度は8m/s、質量Bの速度は12m/sです。衝突後の質量Aと質量Bの速度の大きさと方向を求めなさい。

既知:

質量 A (m A ) = m

質量 B (m B ) = m

衝突前の質量Aの速度(v A )= -8 m/s

衝突前の質量Bの速度(vB )= 12 m/s

プラスとマイナスの記号は、物体が反対方向に移動することを示しています。

求めるもの:衝突後の質量A(v A ')と質量B(v B ')の速度の大きさと方向

解決策:

完全弾性衝突では、物体の質量が等しい場合、衝突後のAの速度(v A ')は衝突前のBの速度(v B )に等しく、衝突後のBの速度(v B ')は衝突前のAの速度(v A )に等しくなります。

衝突前にAが右方向に動き、Bが左方向に動く場合、衝突後にはAが左方向に動き、Bが右方向に動く。

物体は質量が等しく、衝突は完全弾性衝突であるため、両方の物体は速度を交換した。

v A ' = -v B = -12 m/s

v B ' = v A = 8 m/s

プラスとマイナスの記号は、物体が反対方向に移動することを示しています。

[irp]

3. 質量2kgの物体Aが秒速10mで移動し、質量4kgのボールBが秒速20mで移動している。衝突が完全弾性衝突である場合、衝突後の物体Aと物体Bの速度はそれぞれいくらか。

既知:

質量 A (m A ) = 2 kg

質量 B (m B ) = 4 kg

衝突前の物体Aの速度(v A )= 10 m/s

衝突前の物体Bの速度(vB )=20m/s

求めるもの:衝突後の物体Aの速度(v A ')と物体Bの速度(v B ')

解決:

完全弾性衝突において、物体の質量が等しく、互いに接近する場合、衝突後の物体の速度は次の式を用いて計算されます。

一次元における完全弾性衝突 ― 問題と解決策 1

衝突後の物体Aの速度:

一次元における完全弾性衝突 ― 問題と解決策 2

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4. 100グラムの物体が秒速20メートルで壁に完全弾性衝突する。衝突後の物体の速度の大きさと方向は?

既知:

質量 (m A ) = 100グラム = 0.1 kg

壁の質量 (m B ) = 無限大

衝突前の質量の速度 (v A ) = 20 m/s

衝突後の質量の速度 (v B ) = 0

求む:衝突後の速度の大きさと方向

解決策:

v B = 0、m A が非常に小さく、m 2が非常に大きい場合、v A ' = -v Aおよび v 2 ' = 0 となります。

プラスとマイナスの記号は、物体が反対方向に移動することを示しています。

5.質量2kgのボールAと質量5kgのボールBの衝突前後の様子を下の図に示します。衝突が完全弾性衝突である場合、衝突前のボールAの速度はいくらですか?

既知:

ボールの質量 午前A) = 2kg完全弾性衝突 – 問題と解決策 1

球Bの質量( mB )=5kg

衝突前のボールBの速度(vB )=2m/s

衝突後のボールAの速度(v A ')= 5 m/s

衝突後のボールBの速度(v B ')= 4 m/s

両方のボールは右方向に動いているので、速度は正の値をとる。

求む:衝突前のボールAの速度(v A )

解決策:

mA vA +mB vB = mA vA' + mB vB'

2(v A ) + (5)(2) = (2)(5) + (5)(4)

2(v A ) + 10 = 10 + 20

2(v A ) + 10 = 30

2(v A ) = 30 – 10

2(v A ) = 20

v A = 20/2

v A = 10 m/s

[irp]

6.物体AとBは、下の図に示すように水平面上を移動します。衝突が完全弾性衝突であり、衝突後の物体Bの速度が15m/sである場合、衝突後の物体Aの速度はいくらですか。

既知:

物体の質量 午前A) = 5kg完全弾性衝突 – 問題と解決策 2

物体Bの質量( mB )=2kg

衝突前の物体Aの速度(v A )= 12 m/s

衝突前の物体Bの速度(vB )=10m/s

衝突後の物体Bの速度(v B ')= 15 m/s

衝突前も衝突後も、両方の物体は右方向に移動するため、速度の符号は正となる。

求む:衝突後の物体Aの速度(v A ')

解決策:

mA vA +mB vB = mA vA' + mB vB'

(5)(12) + (2)(10) = (5)v A ' + (2)(15)

60 + 20 = (5)v A ' + 30

80 = (5)v A ' + 30

80 – 30 = (5)v A '

50 = (5)v A '

v A ' = 50/5

v A ' = 10 m/s

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