最終更新日：2024年9月8日

物理学の第三方程式：衝突を理解するための運動量

運動量保存則

古典物理学の 3 番目の基本方程式は、これが不可欠であると考えられますが、運動量保存または運動量保存の方程式です。
言い換えれば、外力が介入しない限り、イベント（衝突など）前の物体の運動量の合計は、イベント後の物体の運動量の合計と等しくなります。

この法則は、衝突（弾性および非弾性）と爆発の研究に特に役立ちます。たとえば、2 つの物体が衝突する場合、初期の質量と速度がわかっていれば、運動量保存則により衝突後の物体の最終速度を計算できます。

運動量保存方程式

p = MV

• p は、キログラムメートル/秒 (kg・m/s) で表される物体の移動量、または運動量です。

• m は物体の質量 (キログラム (kg) 単位)、

• v はオブジェクトの速度 (メートル/秒 (m/s) 単位) です。

p=mv から何がわかるでしょうか?

質量 m1 と m2 の 2 つの物体が初速度 v1 と v2 で移動すると考えます。衝突後の速度は v'1 と v'2 になります。
運動量保存から次のことが分かります: m1 v1 + m2 v2 = m1 v'1 + m2 v'2
システムの総運動エネルギーは衝突の前後で保存されます。

この方程式は、衝突が弾性衝突である場合の運動エネルギーに関連しており、衝突後の 2 つの物体の速度を決定することができます。

速度は、物体の移動速度だけでなく移動方向も表すため、ベクトル量です。これは、3 次元空間内のオブジェクトの完全な動きを記述するために不可欠です。
速度 ($ \vec{v} $) はベクトル量であるため、運動量 ($ \vec{p} $) もベクトルでなければなりません。 p の方向と大きさは v の方向と大きさによって決まります。

弾性衝突と非弾性衝突の概念

衝突とは、2 つ以上の物体が接触し、エネルギーと運動量を交換する相互作用です。運動エネルギー保存則に基づく衝突には、主に弾性衝突と非弾性衝突の 2 種類があります。

弾性衝突では、システムの総運動エネルギーは衝突の前後で保存されます。これは、エネルギーが異なる動きや速度の形で物体間で再分配される可能性があるにもかかわらず、衝突に関与する物体の総運動エネルギーは一定のままであることを意味します。
例: ビリヤードのボール同士の衝突、または気体中の粒子間の衝突。

非弾性衝突では、総運動エネルギーは保存されません。運動エネルギーの一部は、熱エネルギー、音響エネルギー、ひずみエネルギーなど、他の形態のエネルギーに変換されます。物体が変形したり、発熱したり、異音が発生することがあります。
例: 自動車事故による車両同士の衝突で、車両が変形して発熱したり、テニスボールが壁に衝突してボールの形状が変化したりする場合。

同じテーマの記事

カヤ方程式：脱炭素化を複雑にする方程式

宇宙における超えられない速度：エネルギーが無限になるとき

電磁的暴走：光速の秘密

光電効果を理解する：光と電子

地平線はどれくらいの距離にあるのか？

太陽光パネルはどのように電気を電力網に送り込むのか？

運動量の力学：ロケットやクラゲの推進を説明する

電子のエネルギーが化学的性質を決定する仕組み

量子不確定性の重要な役割：どの粒子も静止することはできない

エネルギーとパワー：混同しないで、時間がすべての違いを生む

なぜ寒さには限界があるのに暑さにはないのか？

ガリレオの落体の法則

理想気体の法則：一つの方程式、無数の応用

シュレーディンガー方程式は物質の見方を革命的に変えました

ネーターの定理の魔法：最小作用の原理から保存則へ

重力質量と慣性質量の等価性と等価原理

物理学の第三方程式：衝突を理解するための運動量

物理学の第二の基本方程式：保存される量の直感

物理学の第一方程式：力を数学的に表現する方法

電磁力またはローレンツ力

受け取る太陽エネルギーは傾斜角によって変化する

なぜ大理石は木よりも冷たいのか？

なぜ質量のない光子がエネルギーを持つのか？

等価原理：重力効果は加速度と区別がつかない

E=mc²：宇宙の4つの基本概念を再考する

太陽の重さを測る方法

自由落下の方程式（1604年）

クーロンの方程式（1785年）

エントロピーに関するボルツマンの方程式（1877年）

数学なしでシュレディンガー方程式を理解する

ニュートンの三法則が古典力学をどのように説明するか