ビー玉を消しゴムに衝突させた場合の移動距離です。

質問

理科実験の事について教えていただけないでしょうか。

ビー玉を直方体の消しゴムに衝突させる実験なのですが、
消しゴムの短辺、長辺のそれぞれに衝突させた場合によって
消しゴムの移動距離は異なりますでしょうか。

同じエネルギー量ならば、衝突面積が小さなほうが、
破壊力が増すのは理解できるのですが、
この実験の場合は破壊を前提としていませんので、
消しゴムの動く距離の差が知りたいのです。

実験のやり方がよくないみたいで、
結果にバラツキが出て、検証できずに困っています。

よろしくお願い致します。

回答No.2

foomufoomu · ベストアンサー

衝突は、運動エネルギーで考えるのが、わりあい簡単です。

初めにビー玉が持っている運動エネルギー 1/2*m*v^2 (m:ビー玉の質量、vビー玉の速度)が最後には 消しゴムと床面の摩擦力による仕事　μ*W*g*S (μ：摩擦係数　W:消しゴムの質量　g:重力加速度　S:消しゴムの移動距離）に変換されます。
これだけだと、どんなふうにぶつかってもSは同じになるのですが、もう一つ考えないといけないのが、ビー玉と消しゴムの衝突時のエネルギー損失です。（反発係数というのは、エネルギー損失を別の言葉で言ったものですが、反発係数は一定ではないことを知っておいてください。反発係数を定数のように使った衝突の計算はインチキなのです。）
エネルギー損失の計算は難しいのですが、おそらくゴムの場合、粘性体の損失になるので、u*c*d (u：衝突の相対速度、c：粘性係数、d：衝突時の変形量)で決まると思います。(比例ではありません)

＞実験のやり方がよくないみたいで、
衝突のしかたが一定でないのでしょう。斜めにぶつかっていたり、消しゴムが平らでなかったり(とがった部分でぶつかっている→ｄが大きくなる)していませんか。
それから、机の凸凹などの誤差要素の影響を減らすため、ビー玉と消しゴムは、できるだけ大きな(重い)ものを使ったほうがよいです。

お礼

ありがとうございます。ぜんぶ、ありがたいコメントなのですが
特に「エネルギー損失」の点が非常に勉強になりました。
大いに参考にさせていただきます！

回答No.1

Quarks

衝突現象は、かなり複雑な事象らしく、単純なモデルでは説明し難いと思います。
ですが、思い切り単純化して、「反発係数は、衝突する２物体の"材質"で決まる」とすると、結果を推測することはできます。
ビー玉と消しゴムの接触部分は、狭い範囲に限定されますから、消しゴムの短辺であろうと長辺であろうと、反発係数は同じになるだろうと推測できます。
短辺と衝突したビー玉が、短辺の全面と接触しているわけではないでしょう。最大でもビー玉の中心を通る断面積より広くはなり得ないですし、極端にビー玉が速いのでなければ、少しめり込む程度で済んでしまうでしょうから、接触面積は思いの外小さく、短辺にぶつけても長辺にぶつけても、"同じ"と見なせるのではないですか？　

短辺にぶつけようと長辺にぶつけようと、床面と消しゴムとの接触面の面積は同じです。
こうして考えると、短辺にぶつけても長辺にぶつけても、その違いが表面化することは無いのではないかと思われます。つまり、どちらにぶつけても、消しゴムの衝突直後の速度は同じになりそうです。ですから、移動距離も同じになる、と推測できます。

実験は、思いもよらないファクタによって、結果が左右されることはしょっちゅうです。
注意して実験なさっていると思いますが、
(1)床面の状態で、結果は大きく変わってきます。均質な床面を得ることはかなり難しいと思います。
(2)消しゴムが床と擦れることによって、消しゴムの接触面はドンドン変化していきます。１回目と２回目とでは、同じ消しゴムを使ったつもりで、実際には別ものとなっていることもありえます。
(3)ビー玉を打ち出すとき、どのように打ち出しているのでしょうか？ビー玉とはいえ、大きさがあります。それを打ち出す装置が、常にビー玉を同じ状態で打ち出していると保証されるでしょうか。スピード、回転 etc.
思いつくだけでも、これくらいの問題があります。

同じ主旨の質問が前にもアップされていました。質問者さんのハンドルネームが違っているようですが、同一人物なら、一方は削除なさった方が混乱を招かないで済むのでは？
別人で、似た疑問を持っている方なら、先にアップされた質疑に注目するだけにした方が良いのではないでしょうか？

お礼

ありがとうございました。
非常に分かりやすく、かつ詳細もで教えていただいて感謝です。

同じ主旨の質問、、、。の件ですがひとつ心当たりありました。
別サイトで登録したのですが、エンジンが同じなのか、
このサイトから検索してもヒットしました。

おそらくこれの事をおっしゃってたのだと思いますので
削除致しました、紛らわしくてすみませんでした。