運動量が０になると、運動エネルギーはどうなるのか

質問

例えば簡単に、質量mの２つの小球が速さｖで右向き・左向きでそれぞれ運動していて、その２球がお互いに正面衝突したとします。運動量保存則よりmv+m(-v)=0となりますが、完全弾性衝突をして（右辺）＝m(-v)+mv=0で反射するか、もしくは非弾性衝突してどちらもv=0でその場で静止するかだと思います。完全弾性衝突の場合は完全に速度が保存されているので、運動エネルギーは衝突前後で変わらないはずですが、v=0で２球が静止した場合は運動エネルギーはどこへ行くのでしょうか。衝突の際に物体の形を変える仕事か何かですか？

回答No.2

Tann3 · ベストアンサー

No.1さんが正解で、最終的には熱エネルギーになりますが、その途中の過程で「音」「振動」のエネルギーになることも多いです。

　衝突のときに、相当に大きな音と、空気や地面を伝わって振動が発生します。それが、物体・空気の中、原子・分子の結びつきの中で、最終的には分子の振動すなわち熱になります。
　ちなみに、熱は分子の運動エネルギーであると考えれば、衝突前の運動エネルギーは、周囲の分子レベルの運動エネルギーに分散して変換される、と考えることもできます。

お礼

明快でした。有難うございました。

回答No.1

lv4u

>>v=0で２球が静止した場合は運動エネルギーはどこへ行くのでしょうか。

熱エネルギーになります。
たとえば、Ｍ－１６の小口径で高速の銃弾を肉体に打ち込むと、弾頭は肉体を貫通しないで肉や骨を砕き、大きく損傷させます。
命中後の運動量は、肉体が後方にはじかれることで保存されていますけど、運動エネルギーは、大きく減少します。
その減少分が肉や骨を破壊し、熱エネルギーに変わっているわけです。

銃弾がコンクリートや鉄板に当たると、火花が散ることがありますけど、熱エネルギーになっているのがよく分かるのではないかと思います。
そして、弾頭が命中した物体は暖かくなります。

ちなみに、Ｍ－１６の小口径高速弾は、弾頭が体内で砕けるからダムダム弾のような効果があるってことで、「残酷な、違法な武器ではないか？」と問われたことがありました。
でも、「それじゃあ、もっと破壊力のある爆弾や大砲は、Ｍ－１６のライフルよりも残酷ではないといえるんかい？」という反論があって、この件は、ウヤムヤになったようです。

学生時代、物理で力学を学んだとき、私もこのことを疑問に思ったことがあるんですけど、ライフルの弾のことを考えて「熱エネルギーに変わったんだな」と納得していました。
そうしたら、物理の試験で、このことが問題に出て、「熱エネルギーに変わる」と書いて正解をもらったことを、いまだに覚えています。