力学
非弾性衝突
ボールがほとんど跳ね返らず、運動エネルギーが減るのを観察してください。
非弾性衝突 — インタラクティブな力学シミュレーション。ボールがほとんど跳ね返らず、運動エネルギーが減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。
非弾性衝突
非弾性衝突では運動エネルギーは保存されません。物体は合体したり、弾性衝突より遅く動き出したりします。
外力が無視できるなら運動量は保存されますが、運動エネルギーの一部は内部エネルギー（変形、熱）になります。低い反発係数は衝突を「粘着」的に見せます。
- Σp_before = Σp_after
- KE_after < KE_before
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
動いている球が静止した、より重い球に衝突し、二つが一緒に動き出す。運動エネルギーが失われても、運動量は保存されるか？
検討する予測
- 運動量と運動エネルギーの両方が保存される
- 運動量は保存されるが、運動エネルギーは保存されない
- 運動量も運動エネルギーも保存されない
可変的な役割
設定するもの：
- 球 A の質量 m₁ (kg)
- 球 B の質量 m₂ (kg)
- 球 A の初速度 v₁ (m/s)
測定するもの：
- 初期運動量 p = m₁v₁ (kg·m/s)
- 衝突後の合体した速さ (m/s)
実験の進め方
- 非弾性衝突シミュレーションを開き、「リセット」を押す。
- 球 A と球 B の KE プローブを有効にする。
- 各試行の球 A の初速度を設定し、「再生」を押す。衝突直後に両方の球が一緒に動く共有速度を記録する。
支配方程式
運動量 — p = m·v
この衝突を含むすべての衝突で保存される量。球 B は静止から始まるため、衝突前の系の全運動量は球 A の運動量 m₁v₁ に等しい。
運動エネルギー — KE = ½·m·v²
運動量とは異なり、非弾性衝突では運動エネルギーは保存されない。衝突前後の全 KE を比較すると、変形と熱に失われたエネルギーの量が分かる。
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、初期運動量 p = m₁v₁ の計算過程を示し、同じ試行でのシミュレーション表示と比較する。
- 全質量（m₁ + m₂）と運動量保存を用いて最終速度を予測し、記録した値と比較する。一致はどの程度か？
実験以外での活用
- 衝突直前と直後の運動エネルギーを計算する（合体後の最終速度と全質量を用いる）。失われた運動エネルギーはどこへ行ったか？
- この衝突は完全非弾性ではない（反発係数は正確に 0 ではなく約 0.05）。実際の最終速度は理想的な予測よりわずかに高くなるか低くなるか？説明する。
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions
- Middle School Physical Science — Kinetic energy
- 非弾性衝突へようこそ
- 再生
- ボールを選択
- エネルギー損失
- 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。