力学
弾性衝突
ボールが跳ね返っても全運動量が一定のままであるのを観察してください。
弾性衝突 — インタラクティブな力学シミュレーション。ボールが跳ね返っても全運動量が一定のままであるのを観察してください。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
運動量保存
外力のない衝突では、総運動量は保存されます。弾性衝突では運動エネルギーも保存されます。
摩擦のない面上で2つのボールが衝突すると、各ボールの運動量は変わりますが、系の総運動量は変わりません。ほぼ弾性衝突では、運動エネルギーはほぼ保たれたまま跳ね返ります。
- p = mv → Σp_before = Σp_after
- KE = ½mv²（弾性衝突で保存）
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
同じ二つの球が同じ速さで互いに向かって転がり、弾性衝突する。衝突後の速度は衝突前と比べてどうなるか？
検討する予測
- 各球は、入ってきたときと同じ速さでまっすぐ跳ね返る
- 衝突点で両方の球が完全に停止する
- 互いを通り抜けたかのように、両方の球が変化せず進み続ける
可変的な役割
設定するもの：
- 質量 m（各球） (kg)
- 接近速度 v (m/s)
測定するもの：
- 球 A の運動量 p = mv (kg·m/s)
- 球 A の KE = ½mv² (J)
- 衝突後のボール A の運動量 — 理想値の予測 (kg·m/s)
- 衝突後の全運動量 (A + B) (kg·m/s)
実験の進め方
- 弾性衝突シミュレーションを開き、「リセット」を押す。
- 両方の球の質量が等しいことを確認し、以下の各試行の接近速度を設定する（球 A は右向き、球 B は同じ速さで左向きに動く）。
- 「再生」を押し、両方の球の運動量プローブを観察して、球が離れた直後の球 A の運動量表示を記録する。
支配方程式
運動量 — p = m·v
各試行で設定した質量と接近速度から求める、衝突前の各球の運動量。衝突を通じて、全運動量（球 A + 球 B）は保存される。
運動エネルギー — KE = ½·m·v²
衝突前の球 A の運動エネルギー。完全弾性衝突ではこれが完全に保存されるが、ライブシミュレーションの反発係数 0.98 ではその e² だけが保たれるため、発展問題で考慮する。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、衝突前の球 A の運動量（p = mv）の計算過程を示し、シミュレーションの運動量プローブ表示と比較する。
- 衝突前後の球 A の運動量を比較する。符号の変化は向きについて何を示すか？球 A と球 B の全運動量は保存されるか？
実験以外での活用
- シミュレーションの反発係数は完全な 1.0 ではなく 0.98 である。反発後の運動量は理想化した予測とどう異なると予想するか？理由を説明する。
- 球 B が球 A の2倍の重さだった場合、球 A はなおまっすぐ跳ね返るか？一般的な弾性衝突の式を使って考える。
- AP Physics 1 — Unit 4: Linear Momentum
- AP Physics C: Mechanics — Unit 4: Linear Momentum
- IB Physics — A.2 Forces and momentum
- General High School Physics — Momentum & collisions
- NGSS High School Physics — Conservation of momentum
- Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions
- Middle School Physical Science — Kinetic energy
- 弾性衝突へようこそ
- 再生
- 運動量の交換
- ボールを選択
- データを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。