衝突とは？中学受験・高校受験の頻出ポイントをわかりやすく解説

一般小学生

まとめ

衝突: 2つ以上の物体が極めて短い時間に力を及ぼし合い、運動状態が急激に変化する現象

解説

衝突は、物体間での運動エネルギーの移動や変換を伴う物理現象です。理科の実験では、斜面を滑り降りたおもりが水平面上の木片にぶつかる様子を観察します。このとき、おもりが持っていた運動エネルギーが木片を動かす「仕事」に使われます。木片の移動距離は、おもりの質量（重さ）や衝突直前の速さに比例して大きくなります。

物理学においては、衝突の前後で「運動量の総和」が一定に保たれる「運動量保存の法則」が成り立ちます。一方で、運動エネルギーについては、衝突の形態によって保存されるかどうかが異なります。以下の表は、はね返り係数（反発係数）による衝突の分類をまとめたものです。

衝突の種類	反発係数	エネルギーの変化
弾性衝突	1	運動エネルギーが保存される
非弾性衝突	0以上1未満	熱や音に変わり、減少する
完全非弾性衝突	0	衝突後、物体が一体化する

コラム

実際の衝突では、物体が変形したり、ぶつかる音が鳴ったり、摩擦によって熱が発生したりします。そのため、すべての運動エネルギーが移動に使われるわけではなく、一部が他のエネルギーに変換されます。また、振り子の途中に釘を打った装置での周期計算など、衝突やエネルギー保存を応用した問題も多く出題されます。釘がある場合の周期は、長い振り子の周期と短い振り子の周期の平均値として求められます。

小学生のみなさんへ

動いている物が、止まっている物にぶつかることを「衝突しょうとつ」といいます。理科の実験では、高いところからおもりを転がして、木片にぶつける実験をよく行います。このとき、木片がどれくらい遠くまで動くかは、おもりの「重さ」と「高さ」に関係があります。

おもりが重ければ重いほど、また、高いところから転がしてスピードが速ければ速いほど、木片を遠くまで押し出す力が強くなります。これは、動いているおもりが持っているエネルギーが、木片に伝わったからです。

ルラスタコラム

振り子の実験で、途中に釘を打ってひもを短くすると、おもりの動きが速くなります。これは、エネルギーの大きさが変わらなくても、ひもの長さによって往復する周期しゅうきが変わるためです。ぶつかる瞬間のパワーを計算するときは、こうした動きの変化も大切になります。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】おもりを木片に衝突させる実験で、木片の移動距離を大きくするには、おもりの重さと高さをどうすればよいですか。

おもりの重さを重くし、おもりを離す高さを高くする。

【応用】衝突の際、おもりが持っていた運動エネルギーのすべてが木片を動かすために使われないのはなぜですか。

衝突したときに音が発生したり、摩擦によって熱が発生したりして、エネルギーの一部が逃げてしまうため。

【実践】振り子の途中に釘を打ち、振れる長さを半分にした場合、衝突直前のおもりの速さは釘がない場合と比べてどうなりますか。

変わらない。おもりの速さは、釘の有無ではなく、おもりを離した高さによって決まるため。

記事の内容に誤りがありますか？

⚠️ 修正を提案する