運動量がよくわかりません。というか、上手く想像ができません。運動の激しさってなんなんでしょうか。しかもそれが保存される？？どういうことでしょうか。力学的エネルギーの、物体を動かすためにエネルギーが必要、そしてほかのエネルギーに変わらなければ力学的エネルギーは保存されるという原理は理解できますし、想像できます。例えば位置エネは高さと重さと重力によって大きさが変わりそうだなとか、突然エネルギーが無くなるのもおかしいから保存の法則も成り立つな……という感じに納得しました。しかし、運動量は質量と速度という意味わかんない組み合わせが保存されるではありませんか、しかもなんかわりと保存されやすいじゃないですか。ていうかそもそもなんで運動量って使われるんですか？別に力学的エネルギーで良くないですか？
というふうにずっと腑に落ちず困っています。どうすれば理解できる(想像できる)のでしょうか？
追伸:物理に詳しい父に聞いたところ、理解できないのは定義や法則をしっかり読んでそういうもんだと思えと言われました。それしか方法はないのでしょうか？
(長文での質問失礼しました)
✨ ベストアンサー ✨
運動量は「ぶつかった時の止めにくさ」や「勢い」を表す量だと理解しておくと良いと思います。
ピンポン玉が時速100kmで飛んでくる。
大型トラックが時速100kmで走ってくる。
同じ速度でもトラックを止めるのは絶望的で、これは質量が大きいためです。同じトラックでも「時速0.1km（超低速）」なら手で押して止められるかもしれません。これは速度が小さいためです。つまり、物体の「勢い」を評価するには、質量と速さの両方を掛け合わせる必要があるのです。
力学的エネルギーだけでは説明できない現象があるため、運動量という道具が使われます。
まず、運動量は「向き」を扱えます。エネルギーは「大きさ」だけの量（スカラー）ですが、運動量は「向き」を持つ量（ベクトル）です。また、エネルギー保存則は、摩擦や空気抵抗、衝突時の音や熱が発生すると、計算が非常に複雑になります。一方で運動量は、外から力が加わらない限りは必ず保存されます。 内部でエネルギーがどれだけ熱に逃げようと、運動量の合計は変わらないということです。
悩ましいところですね。
仕事のところで、仕事＝力×移動距離 という定義でした。つまり、力を加えて、それを移動距離の間加え続けないと仕事をした、とは言えないことは覚えていますか？
この考え方でいくと、例えば飛んできたボールをバットで打ち返す現象、それはマイクロカメラなんかで撮影したりすれば、何秒かは接触しているでしょうが、定義からいくと一瞬力を加えただけで仕事をしたとは言えないのです。
とはいえ、あきらかに物理現象が変化して、運動が変わっている、こんな現象を考えるときに運動量の変化が、運動の前後では、全体的に保存されることを見つけたのだと習いました。その流れで、反発など習っているかと思います。
これは考えられるけど、これは出来ないからあきらめよう、とはせずに、じゃあ何か他の手はないのかと考えた末に生まれた考え方です。
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非弾性衝突では、エネルギーの一部が熱や音に変わってしまいます。そのため、力学的エネルギー保存則は使えません。
一方熱や音にどれだけ逃げようが、物体同士が押し合う力（内力）だけで動いているなら、合計の運動量は変わりません。また、ベクトルであることは成分に分けられることを意味します。斜面との衝突は、運動量をベクトルとして分解して考えるメリットが最も分かりやすく現れる例です。斜面との衝突では斜面に沿った方向だけ運動量が保存されるという性質を利用して、問題を解けます。斜面にボールがぶつかる時、斜面からは抗力を受けます。この力のせいで、ボール全体の運動量は変わってしまいます。
しかし、ベクトルを斜面に平行な方向と垂直な方向の2つに分解して見ると、斜面に平行な方向には、摩擦がないなめらかな斜面であれば、この方向に力は働きません。つまり、この成分の運動量だけは、衝突の前後で全く変わらずに保存されるのです。