非弾性衝突と運動量保存則の関係: 床との衝突の場合を解説

非弾性衝突と運動量保存則に関して、特に「床に物体を落としたとき、運動量保存則が成立しないのはなぜか？」という疑問を持つ方が多いです。また、動く物体との非弾性衝突では運動量保存則はどう扱うべきかという疑問もあります。この記事では、これらの疑問を解決し、物理の基本的な法則を理解しやすく説明します。

1. 非弾性衝突とは？

非弾性衝突とは、衝突後に物体が一部のエネルギーを熱や音などに変換し、完全に弾性的に反発しない衝突です。例えば、ボールが床に落ちたとき、床にエネルギーが伝わり、ボールが跳ね返る力は弾性衝突のように完全ではありません。

このような衝突では、運動エネルギーの一部が失われることになりますが、運動量は依然として保存されます。ただし、問題が発生するのは床が動かない場合です。

物体が床に落ちたとき、床は基本的に動かないと仮定されます。この場合、床は力を加えることで物体を停止させる役割を果たしますが、床の運動量が考慮されていないため、物体だけの運動量保存が適用されません。

つまり、床が固定されていると、システム全体の運動量保存が成立しないのです。床が固定されているため、床の運動量を無視して物体だけで運動量保存則を考えると矛盾が生じます。運動量保存則は、系全体（物体と床）の運動量を考慮する必要があります。

動く物体同士の非弾性衝突の場合、運動量保存則は成立します。なぜなら、衝突する物体が互いに影響を与え合い、エネルギーが失われることはあっても、運動量は全体として保存されるからです。

例えば、2つの車が衝突する場合、車同士の運動量は衝突後も保存されます。衝突後に物体が変形したりエネルギーが熱として失われたりすることはありますが、運動量の保存は常に成り立ちます。

非弾性衝突でも運動量保存則は成立しますが、床が固定されている場合、物体と床を含む全体の運動量を考える必要があります。床が動かないとき、物体の運動量だけを考えると運動量保存則が成立しないという理解になります。

動く物体同士の衝突では、システム全体で運動量が保存され、非弾性衝突でも運動量の保存が成り立ちます。この理解を深めることで、物理の基本的な法則を正しく使えるようになります。