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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!