解決済み

高校の力学での二物体の衝突で力学的エネルギーが保存しないのはなぜですか?

撃力が加わる間二物体が動かないなら仕事はしないと思うのですが。

加える時間を0とする無理な仮定のせいだったりしますか?

ベストアンサー

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まず二物体の衝突で力学的エネルギー保存の法則が適用できるかどうかは、その物体の反発係数によって異なります。


まず完全弾性衝突であれば力学的エネルギーは保存されます。

衝突している間に、それぞれの物体とでエネルギーのやり取りが行われますが、外から新たな仕事としてエネルギーが与えられたり、エネルギーが失われるようなことがありません。それぞれが最初に持っていたエネルギーがやり取りされるにすぎません。


まずエネルギーというのは、基本的には物体がもつ他の物体に対して仕事をする能力であり、先ほどの完全弾性衝突は、相手側の物体に仕事を与え(エネルギーを与える)、自身のエネルギーは減ります。同様に、相手も自身側に仕事を与えて、エネルギーは減ります。エネルギーを失う量と受け取る量の差はあれど、結果的には全体のエネルギーは保存されます。


そして、完全弾性衝突以外の場合は力学的エネルギー保存の法則は成り立ちません。

つまり、相手にエネルギーを与える時に、何かしらの影響で一部のエネルギーが物体の運動以外に使われてしまいます。


イメージとしては、衝突する相手が粘土のような柔らかい物体では、仕事は、相手の運動だけでなく、物体を変形させるという事にも仕事が使われてしまいます。結果的に、力学的エネルギーが保存されなくなってしまいます。


また、物体を衝突させる時に「コツン」などと音が鳴ることがあると思います。それは、力学的エネルギーの一部が音エネルギーに変わったことを意味します。

そのため完全弾性衝突(e=1)というのは、物体が変形せず、音もならないような衝突をイメージするといいと思います。


補足

全体的にわかりずらい回答ですみません。(あまり質問の意図に合ってないかも)

エネルギーは仕事のやり取り自体よりも、仕事のやり取りをする前と後の関係が重要です。

返信(2件)

現実に力学的エネルギーが保存しないのは理解できますし、どんな時に力学的エネルギー保存則を用いてもよいかの判断はできるので、問題自体は解けるのですが、問題として出てくるとき、大きさを考えない質点で考えるなら、仕事はお互いにしないと考えられると思ったので、これが時間を一切かけずに起こるという無理な仮定によるものなのか、説明ができるのかが知りたいです。

衝突の時間は極めて短いので、それを無視した運動量のみを考える無理な仮定による結果として考えていいと思います。

質問者からのお礼コメント

質問者からのお礼コメント

丁寧な説明ありがとうございました。

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