静止している物体に壁が等速でぶつかってきた時の、衝突後の速度の求め方の別解(反撥係数=1の時)
高校物理のやさしめ? の問題だけど、すっかり忘れてて解けなかった!(笑)
問題図はこんな感じだ。 2つの物体が一直線上にあるとか、こまかい条件は
「理想的になってる!」と思ってくれ。
ここで、反撥係数e = -(V´-u´)/(V-0) =1。
反撥係数=1というのは、衝突後の壁Mから見ても小球mが速度Vで遠ざかっていく
ことなので、そのことに注意して壁Mの減速分をxとして運動量保存の法則を使うと
M・V = M・(V-x) + m・(V+(V-x)) が成り立つ。
これを整理すると、
M・V = M・(V-x) + m・(2・V-x) より
(M+m)・x = 2・m・V
よって、 x = 2・m・V / (M+m)
xが分かったので、壁Mと小球mの衝突後の速度は、
V´= V - x = V - 2・m・V/(M+m) = (M-m)・V/(M+m)
u´= V+(V-x) = V + (M-m)・V/(M+m) =2・M・V/(M+m)
となり、Mがめっちゃ重い場合には、小球mはほぼ2倍の速度で飛んで行くのだ!
ところで、
M・(M-m)^2 + m・(2・M)^2 = M・[(M-m)^2 + m・(4・M)]
= M・[(M+m)^2]
なので、ちゃんとエネルギー保存の法則が保たれている!