ニュートン力学
非弾性衝突
完全非弾性衝突——衝突後に2物体が合体——を調べます。運動量保存 を検証し、内部エネルギーに変わる運動エネルギー を測ります。
器具
- レール上で合体する2台の仮想台車
- m₁、m₂、u₁、u₂、相互作用時間のスライダー
- 衝突前後の P と K の読み取り
手順
衝突前の運動量を測る
m₁ = 2 kg、m₂ = 3 kg、u₁ = 4 m/s、u₂ = −1 m/s に設定。実行前に「P 前」「K 前」の読み値を確認し、 kg·m/s と を手計算します。「相互作用時間」を変えて衝突の速さを観察します。
合体後の共通速度を検証
2台が合体する様子を見て衝突後の速度を読みます。予測 m/s と比較します。m₂ を変えて繰り返し、式を確認します。K は保存されなくても P は保存されます。
失われたエネルギーを計算
「K 後」を読み を計算します。これは熱・音・変形に変わる分です。 では が示せます——相対運動の運動エネルギーがすべて失われます。u₂ を変えて が速度差の2乗に従うのを確かめます。
シミュレーション
実験の歴史
非弾性衝突は17世紀末の「活動力」vis viva 論争で早くから登場しました。ライプニッツは が保存量と主張し、デカルト派は を守りました。ジョン・ウォリス（1668年）は軟物体の解を与えました。衝突後は2物体が共通速度 、すなわち重心速度を持ちます。
非弾性衝突で運動エネルギーが「消える」謎は熱力学の登場まで物理学者を悩ませました。ジュールとマイヤー（1840年代）はエネルギーが失われず熱に変換されることを示しました。今日では弾道振り子——吊るした木片に弾丸がめり込む装置——が銃口速度を測る古典的応用で、1742年にベンジャミン・ロビンズが発明しました。