ぶつけたボールはどうなる? ビリヤードの「ストップショット」のひみつを探ろう。
止まっているボールに、同じ重さのボールを正面からぶつけます(よく弾む材質)。ぶつけたほうのボールは、衝突のあとどうなるでしょう?
直感でOK。選ぶと実験装置が使えるようになります。
| # | 条件(Aの重さ・速さ / Bの重さ) | 測定結果(マイナス=逆戻り) |
|---|
同じ重さどうしなら、ぶつけたAはピタッと止まり、Bが同じ速さで飛び出します。2つのボールの間で速度がそっくり交換されるのです。ビリヤードで手玉をピタッと止める「ストップショット」や、ニュートンのゆりかご(カチカチ振り子)はこの現象そのものです。
これを説明するのが運動量保存の法則(重さ×速さの合計は衝突の前後で変わらない)。よく弾む衝突(弾性衝突)では運動エネルギーも保存されるので、同質量なら「交換」が唯一の答えになります。
重さを変えると結果は一変します。軽いAを重いBにぶつけると、Aは跳ね返って戻ってくる。重いAを軽いBにぶつけると、Aは減速しながらも進み続ける。実験で確かめられましたか?
読んだ内容を自分の言葉で説明してみよう。AI生徒が3サイクル質問してきます。