弾性衝突と運動量保存

1 · 予測

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？

• 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

2 · 準備

1. 弾性衝突シミュレーションを開き、「リセット」を押す。
2. 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）。
3. 「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。

3 · データ収集

接近速度 v（横軸）を衝突前の球 A の運動エネルギー（縦軸）に対してプロットする。

4 · 分析

1. 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。
2. 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？

5 · 発展

1. 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。
2. 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。

この実験の物理

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