質問: 高校2年の者です 高校2年の者です 2物体の衝突についての運動量保存則とエネルギー保存則について質問です なめらかな床上で二つの物体が衝突するときを考えます(非弾性衝突、衝突時は内力のみ) このとき運動量は保存されると教わりました しかし、衝突時には衝突によって、運動エネルギーの一部が音エネルギーに変わるので、衝突後の運動エネルギーは減少し、運動量も減るんじゃないかと思います その根拠は、例えば衝突によって「運動」エネルギーが全部「音」エネルギーにかわったとしたら、衝突後の運動エネルギーは0→衝突後物体は運動しない→運動量が0→運動量はエネルギーの変化の影響をうける→運動量は、厳密には保存されてない といった感じです また、この質問をするまえに学校の先生にこれを聞いたところ、「音エネルギーは空気を振動するから、空気の分子が運動量を持つことになり、それらをあわせるとやはり運動量は保存している」という答えが返ってきました もっとこまりました これは運動量が物体の「外」に逃げたので、物体について、運動量は保存されていないと解釈できます ということは、問題集に載っている衝突問題はすべて、着目物体について、運動量保存則が成り立ってないことになります しかし問題集の答えには運動量保存則つかってます、更にただし書きに「ここでエネルギー保存則を使ってはいけない。運動エネルギーの一部が別のエネルギーに変わったからだ」と書いてあります わけがわからなくなりました 話が長くなりましたが、僕がききたいのは、 「運動量保存則は、衝突時に運動エネルギーの一部が別のエネルギーにかわっても、その物体についての運動量は保存されるのか?」です めちゃくちゃ厳密に考えての答えをお願いします エネルギーの変化に全く関係がないなら「関係ない」 エネルギーの変化に少なからず影響を受けるなら「厳密には保存されない」といった具合にです ちなみに「着目物体について保存されるか」です 最後にもうひとつの質問は、これから物理を勉強する上でこのような疑問が浮かぶのは「余計」ですか?「必要」ですか? 自分は頭がわるいので細かい変なことばっか気になります お願いします
回答: 非弾性衝突においてエネルギーが保存されないという場合、 物体の熱エネルギーや変形といった内部的なエネルギーに転換していることをいうのであって、 音が出るとか、光がでる、といった外部に逃げていくことは考慮されていません。 この場合、運動量は厳密に保存します。 音がでる場合、エネルギーも運動量も保存されないのは先生の解答のとおりです。 ただし、音のもっていく運動量はかなり小さいと推定されるので、 それほどおおきなずれは生じないでしょう。 >最後にもうひとつの質問は、これから物理を勉強する上でこのような疑問が浮かぶのは「余計」ですか?「必要」ですか? 物理を本気勉強しようというときは必要な思考過程だと思います。 物理は自然をモデル化したものですから、 単純化することで本質的な概念を抽出し、議論を組み立てています。 そこで、なにが取り上げられ、なにが捨象されているのかを区別することは大切なことです。 たとえば、ガリレオの慣性の法則についての有名な実験も、 (坂を下った物体は同じ高さまで坂を上ることができる>坂がなければずっと運動を続ける) 本には実験データが載っているのですが、現代でも簡単には再現できないほど正確な結果で、 本当に実験したのではなく、思考実験なのではないかと言われています(いまでいったら捏造?) しかし、こういう理想化を行うことで物理法則を抽出したガリレオの功績が、 それによって失われるとは思いません。 入試の問題を解きたいだけなら、不要でしょうね。