物理
高校生
解決済み

(5)の解答の別解のところで弾性衝突とみなしているのですが、エネルギーが保存すれば使っていいのですか?

11 静電気・保存則 +Q [C] を帯びた質量 M, Q M [kg] の粒子Bが, x軸 上の点Pに静止している。 また,+α 〔C〕を帯びた質 m,q A Vo Bx 37 P 量m 〔kg〕の粒子 A が最初, B から十分離れた位置にあり, x軸上正の 方向に速度vo [m/s] で動いている。 クーロン定数をk [N·m²/C2] と し, 重力や粒子の大きさは無視できるものとする。 粒子Bが点Pに固定されている場合について AB間の距離の最小値ro 〔m] を求めよ。 AB間の距離が2ro 〔m〕 のときのAの速さ [m/s] を求めよ。 (3)Aの加速度の大きさの最大値 amax 〔m/s2〕 を求めよ。 dź に粒子Bがx軸上を自由に動ける場合について, AがBに最も近づいたときの, Aの速度u [m/s] を求めよ。 ま た,AB間の距離 1 〔m〕 を求めよ。 その後AとBは互いに反発し遠ざかる。 十分に時間がたった後 のAの速度v [m/s] を求めよ。 (岡山大)
(5)Bの速度をVB とすると,運動量保存則より mv=mvs+ Mö ... (1) 力学的エネルギー保存則より 1 mv=12mv^2+1/23Mus..② 2 ①,②よりUB を消去すると m-M VA = m+M Vo Isved UA の正負は m とMの大小関係で決まる。 なお, 計算からは という 解も出るが,Aは静電気力で減速されているので不適 (初めの状態に対応)。 別解 弾性衝突とみなしてもよい。 反発係数 e=1だから VA - VB = -1 × (vo - 0) ①と③の連立で解くと早い。 ・③

回答

✨ ベストアンサー ✨

そうですね。エネルギー損失しない条件なので弾性衝突と同じになります。

りんご

回答ありがとうございます!まだ分からないことがあるのですが、今回はぶつかった訳では無いのに、なぜ弾性衝突と同じように扱えるのですか?

ものぐさ

二物体間での内力しかなく運動量が保存され、
エネルギーの損失理由が無くエネルギーが保存されるからですね。

相対速度の大きさが変化すると運動エネルギーが損失するので、運動エネルギーが損失してないってなると相対速度の大きさが変わってないって事が言えます。

二物体の運動エネルギーの和は
二物体の重心の運動エネルギーと相対運動の運動エネルギーとの和に恒等式によって数学的に変換する事が出来ます。
運動量保存される時には重心速度は不変なのでエネルギー損失は必ず相対速度の大きさが変化する事によって生じます。

ものぐさ

2体問題の肝なのでここら辺の話は難関大の物理を武器にしたい人には必須知識です。
最近だとYouTubeとかに解説動画あったりするのでとりあえずみてみましょう。

りんご

なるほど!そうなのですね!解説動画も見てみます!回答ありがとうございました!

ものぐさ

https://physnotes.jp/mechanics/tbp-collision/
ここら辺も読んでみてください。

りんご

わかりました!いつもたくさんの質問に、ご丁寧にご対応頂きほんとにありがとうございますm(_ _)m

ものぐさ

同じサイトのここに このことの解説がありましたね。
https://physnotes.jp/em/e-ene-conservation/

ちなみに弾性衝突より似ている設定としては同じ2体問題ですが
小球同士がバネを介してくっ付いて離れる運動や
小球が固定されていない台の斜面を駆け上がり離れていく問題です。

前者は運動エネルギーの一部が
バネのエネルギーに、後者は重力の位置エネルギーに
変換されたのちに、二物体の相対速度の向きが変わり運動エネルギーに戻るってながれになります。

今回聞かれていませんが、二物体がどれだけ近づくかと、静電気による位置エネルギーについてはよく聞かれるけど間違いやすいポイントです。

りんご

そうなのですね!詳しく教えていただきありがとうございました!

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回答

弾性衝突ならエネルギーは保存します

りんご

回答ありがとうございます!それは、ものぐささんが教えてくださった理由と同じ理解でよろしいでしょうか?

ととろ

なぜかものぐささんの回答が見えないのですが、エネルギーが保存する衝突が弾性衝突

りんご

なるほど、理解しました!回答ありがとうございました!

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