衝突の実験

質問

さまざまな条件で衝突の実験を行いました。
材料：力学台車2台、各1キロ（磁石にくっつきます）

条件１：片方の台車（走らせるほう）に磁石をつけ、走らせ、台車（止まっている）にぶつける。
条件２：片方の台車（走らせる）に重し１キロを乗せ、コルク栓バンパーのついた台車（止まっている）にぶつける。
条件３：無条件の台車（走らせる）を、コルク栓バンパーつきの台車（とまっている）にぶつける。
条件４：片方の台車（走らせる）に磁石をつけ、１キロの重しをのせた台車（とまっている）にぶつける。

結果：表（速度は動かしている台車のもの）

条件　衝突前の速度　衝突後の速度　起こった事実

１　　0.40m/s 0.20m/s 連結し、速度半分。

２　　0.40m/s　　　n,a 止まっていた台車が
0.40m/sより速く動き
　　　　　　　　　　　　　　　　、動いていた台車はほ　　　　　　　　　　　　　　　　　とんど止まった。

３　　0.40m/s 0.02m/s 止まっていた台車が
　　　　　　　　　　　　　　　　同じくらいの速さで動　　　　　　　　　　　　　　　　き出し、動いていたほ　　　　　　　　　　　　　　　　うはほぼ止まる

４　　0,40m/s 0,03m/s 磁石にはつかず、３と　　　　　　　　　　　　　　　　おなじけっかになった

この結果から、どのようなことが起きて、なぜそのようになるのかを検討しなくてはならないのですが今ひとつ意図がつかめません。どなたか詳しい方、教えてください。お願いします

回答No.3

full3002 · ベストアンサー

運動量保存の法則についての問題だと思います。
ちょっとくどいかもしれませんが一つずつ説明します。

運動量保存の法則というのは、
「衝突や分裂などの前と後で運動量が保存する」
ということです。
「保存する＝運動量の和（全て足し算したもの）が等しい」
「（運動量）＝（質量）×（速度）」
です。

この実験では衝突が起きているので、
（衝突前の台車の運動量を足したもの）＝（衝突後の運動量を足したもの）
になります。

走らせる台車を台車Ａ、静止している台車を台車Ｂと名付けます。

１の実験では
衝突前→Ａの運動量＝質量1[kg]×速度0.40[m/s]＝0.40[kg・m/s]
　　　　Ｂの運動量＝質量1[kg]×速度0[m/s]＝0[kg・m/s]
　　　　　よって運動量の和＝0.40＋0＝0.40[kg・m/s]
衝突後→ＡとＢが連結したため一つの台車（ＡＢとする）になったとみなし、
　　　　ＡＢの運動量＝質量1＋1[kg]×速度0.20[m/s]＝0.40[kg・m/s]
　　　　　よって運動量の和＝0.40[kg・m/s]
衝突の前と後で運動量の和が等しい＝運動量が保存している！といえる。

２の実験では
衝突前→Ａの運動量＝質量2[kg]×速度0.40[m/s]＝0.80[kg・m/s]
　　　　Ｂの運動量＝質量1[kg]×速度0[m/s]＝0[kg・m/s]
　　　　　よって運動量の和＝0.80＋0＝0.80[kg・m/s]
衝突後→Ａの運動量＝質量2[kg]×速度0[m/s]＝0[kg・m/s]
　　　　Ｂの運動量＝質量1[kg]×速度？[m/s]＝？[kg・m/s]
　　　　　よって運動量の和＝？[kg・m/s]
運動量の和は衝突の前後で等しいので
　　　　　　？＝0.80
よって、衝突後Ｂは約0.80[m/s]で走る。
これより、Ａよりも早く動いた理由が説明できる。

実験３は２と同じように説明できると思います。

あと、実験４がこれでは説明できないのでもっと詳しく検討してみたいです。
実験で何がおきたのかわかりやすく説明してもらえるとありがたいです。

お礼

ありがとうございます！

回答No.2

oshiete_goo

＞条件４：片方の台車（走らせる）に磁石をつけ、１キロの重しをのせた台車（とまっている）にぶつける。

これの意味ですが, ボートに乗った2人が引き合ってもそれは内力で, 全体の運動量保存には影響しないという話がありますが, これもその趣旨で, 2つの台車に磁力による引力が働いても, それは内力で, 全体の運動量保存には影響しないので, 条件3と同じになるという意味です.

お礼

ありがとうございます！

回答No.1

mattyan

運動量の保存の実験だと思います。
台車の質量をＭとします。また、走らせたスピードをＶとします。

まず、１のケースです。
はじめの運動量は、動いている台車の運動量のみです。
これは、ＶＭです。
衝突後、二つの台車は、くっついています。つまり、全体で２Ｍの質量になります。
速度は、半分なので、１／２Ｖです。
であるので、衝突後の運動量は速度×質量で、やっぱりＶＭになります。
運動量が保存されています。

次、２のケースです。
はじめの運動量は、動いている方の質量が、Ｍ＋１なのでＶ（Ｍ＋１）です。
衝突後は、動いていた方はほぼ止まっているので止まっているとします。
衝突後に止まっていた方が動き出したので、運動量が保存されているとすれば、Ｖ（Ｍ＋１）／Ｍでうごくはずです。
ちょっと早くなる計算ですね。
コルクというのは、くっつかないで、反発させるために入れてあるのだと思います。

次、３のケースです。
動いていた方が止まって、止まっていた方が同じ速度で動いています。
運動量が交換されたことになります。

４のケース。
ちょっと意味不明です。磁石は何のためなのか分かりません。

以上参考になったでしょうか。
ただ、４のケースはどう考えるのか、私にも分かりません。

お礼

ありがとうございます！