4.1:運動エネルギー

衝突における運動エネルギー

運動エネルギーの概念と運動量とは異なる方法についてのさらなる洞察を得るためには、運動量、すなわち孤立したシステムにおける一次元衝突を”発見”したのと同じ設定でそれを見ることが有用である。 第3章の図3.1.1に示されている衝突をもう一度見ると、以下に再現されています,

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1/18+4/9=9/18=1/2であることに注意してください。

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つまり、この衝突では、総運動エネルギーの最終値は初期値と同じであることがわかり、このシステムのために（運動量以外に）別の保存量を「発見」したよ

この信念は、第3章の図3.1.2に示されている衝突を次に見ると強化される可能性があります。 私が当時指摘したことを思い出してください、これは図3.1に描かれているのと本当に同じ衝突であると考えることができます。図1に示すように、別の参照フレーム（1m/sで最初に右に移動するフレーム）からのみを見ました。 私たちは、章の終わりまでに参照のフレームから別のフレームに量を変換する方法についてもっと言いたいことがあります。

しかし、第3章に示されている3番目の衝突の例、すなわち衝突後に2つのオブジェクトが一緒に立ち往生している例を考えると、物事は非常に異

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しかし、これが示すことは、内部相互作用によって完全に影響されないシステムの総運動量とは異なり、総運動エネルギーは相互作用の詳細に依存し、そ 次に、衝突の研究を洗練して、衝突後に最初の運動エネルギーが回復されるものを弾性と呼び、そうでないものを非弾性と呼びます。 非弾性衝突の特別なケースは、図\(\PageIndex{3}\)のように、2つのオブジェクトが一緒にくっついてしまう完全非弾性と呼ばれるものです。 後で見るように、運動エネルギー”赤字”はその場合に最大です。

私は上で、弾性衝突では運動エネルギーは”回復”され、実際には総運動量とは異なり、システムの総運動エネルギーは弾性衝突の間でさえも相互作用の間、一定のままではないため、この用語を”保存”することを好むと述べました。 これを示す最も簡単な例は、同じ質量の2つの物体間の弾性的で正面衝突であり、互いに向かって同じ速度で移動する。 衝突の過程で、両方の物体は、方向を逆転させて跳ね返る前に一時的に停止し、その瞬間に総運動エネルギーはゼロになります。

上の数字\(\PageIndex{1}\)と\(\PageIndex{2}\)を調べ、グラフから衝突中の総運動エネルギーの値を計算することもできます。 あなたはそれが最小にディップし、その後、その初期値に戻ってくることがわかります（この章の後半の図\(\PageIndex{4}\)も参照してください）。 従来、運動エネルギーは弾性衝突において”保存されている”と言うかもしれませんが、システムが孤立したままである限り、相互作用の前、中、後に一定であった総運動量で持っていたものとは異なる種類の”保存”を見ていることを認識することが重要です。

弾性衝突は、我々が”エネルギー”と呼ぶこのものの究極の性質が何であれ、何らかの形で（この場合、衝突の過程で）それを保存し、最終的に運動エネルギーとし これは、後の章で見るように、運動エネルギー以外の”エネルギー”の他の種類の導入のための道を開き、これらの種類の間で相互変換の可能性が起こる。 現時点では、弾性衝突では、ある量の運動エネルギーが何らかの”内部エネルギー”として一時的に蓄積され、衝突後にこれが運動エネルギーに変換されるのに対し、非弾性衝突では、ある量の運動エネルギーが不可逆的に何らかの”内部エネルギー”に変換され、それを取り戻すことはないと言う。

最終的に起こることは、相互作用の詳細と性質に依存するため、運動エネルギーが他の形のエネルギーとして可逆的に保存される”保守的な”相互作用と、 明らかに、弾性衝突は保存的相互作用と関連し、非弾性衝突は散逸的相互作用と関連している。 相互作用のこの予備的な分類は、しかし、次の章では、もう少し慎重に検討する必要があります。