衝突

定義

衝突とは、2つ以上の物体が短い時間の間に接触し、互いに大きな力を及ぼし合って運動状態（速度や向き）が変化する現象である。外力の影響が無視できる場合、運動量保存則が成り立つ。

イメージ

ボール同士がぶつかる場面を考えるとよい。ぶつかる瞬間に大きな力が働き、それぞれの進む向きや速さが変わる。
例えば、止まっているボールに動いているボールが当たると、運動が伝わって一方が止まり、もう一方が動き出すことがある。

数式

衝突では、外力が無視できるとき、運動量保存則が成り立つ。

\[m_1 v_1 + m_2 v_2 = m_1 v_1' + m_2 v_2'\]

ここで、\(m\) は質量（kg）、\(v\) は衝突前の速度（m/s）、\(v'\) は衝突後の速度（m/s）である。

また、衝突の種類によっては力学的エネルギーも保存される。

\[\frac{1}{2} m_1 v_1^2 + \frac{1}{2} m_2 v_2^2 = \frac{1}{2} m_1 v_1'^2 + \frac{1}{2} m_2 v_2'^2\]

これは弾性衝突の場合に成り立つ。

ポイント

• 衝突では基本的に運動量は保存される（外力が無視できる場合）
• 力学的エネルギーが保存されるかどうかで「弾性衝突」と「非弾性衝突」に分かれる
• 衝突は短時間の大きな力（衝撃力）として扱うのが特徴である