質問: f=maの意味について 高校物理からの質問です。 時速100k/hで等速直線運動をしている質量10kgの物体aが、静止している質量10kgの物体bにぶつかったとします。このとき、物体bには加速度が生じるので、物体aは物体bに加速度を生じさせる「力」を持っていると言えると思います。しかし、物体aで運動方程式を立てると、加速度が0であるため、 f=10×0=0[n] となってしまうことに疑問を感じます。 もちろんエネルギーで考えれば、物体aは、 1/2×10×100^2=50000[j] のエネルギーを持っていることはわかるのですが、力が0になっていることと矛盾しているように感じます。どのように考えればよいのでしょうか? 宜しくお願いします。
回答: f=maの意味は、質量mの物体が加速度aで運動しているなら、その物体にかかっている「外力」はfである、ということです。 外力とは、物体の外からかかる力です(外からの力に見えないようですが、物体が自動車でエンジン吹かして加速するのも外力に含まれます)。 式をa=f/mとして言葉を変えると、物体の加速度は、その物体にかかっている外力を加速度で割ったものである、ということになります。 外力が0であるなら、物体の加速度も0となり、等速直線運動(静止を含む)になります。加速度運動でない限り、f=0なわけです。 以下、余談です。 高校物理では、お示しのような問題は弾性衝突か完全非弾性衝突という条件が付くでしょうから、運動量で考えます。力fは出てきません。 力fを考える必要があるとしたら、衝突の過程まで考えるときでしょうか。もしくは、摩擦のある平面を滑っているときとか。