高校物理力学です。 運動量保存の法則は外力の力積がゼロの時にしか使えないですよね？？ 問，物体Aが右

高校物理力学です。
運動量保存の法則は外力の力積がゼロの時にしか使えないですよね？？

問，物体Aが右向きの速さVで、静止している物体B(バネがついている)に衝突した。バネとAが接触している間にAとBの速さが等しくなる時がある。その速さを求めよ。

写真のような時、ばねによる弾性力が働いているので運動量保存の法則は使えないと思うのですが…
なぜ使えるのか説明お願いします

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2024/08/02 00:13

No.3 です。

ちょっと追加。

２体の「内力」の場合には、「作用・反作用」の法則で、両者に「同じ大きさで逆方向」の力が働きます。それが「内力」ですが、外から見れば「合力はゼロ」と見えるだけです。
その「作用・反作用」の「同じ大きさで逆方向の力」が、お示しの場合の「ばねの復元力」になります。ＡとＢに「同じ大きさで逆向き」の復元力が働きます。

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2024/08/01 23:02

＞ばねによる弾性力が働いているので運動量保存の法則は使えないと思うのですが…

ばねによる弾性力は「2体の内力」です。「外力」ではありません。

そもそも、「衝突」によるはね返りって、「ばね」を明示していなくとも、2体間の「弾性力」によるものです。
「弾性衝突」とか、反発係数が「１」なら「完全弾性衝突」っていうでしょ？

そもそも、２体の合成重心位置が「動かない」あるいは「等速直線運動を続ける」というのが「運動量保存」の本質なのです。
バネの弾性力があろうが、２体のガチンコ衝突であろうが、２体に対する外力が働かない限り「合成重心」の運動には変化がありません。
それが「運動量保存」ということなのです。

No.2 回答者： masterkoto 回答日時： 2024/08/01 22:02

まずは以下を理解してください

運動量変化は力積に等しい
これを踏まえて考えます
バネには両端に同じ大きさの力が働くから
ある時刻にAがF(t)の大きさの力で右向きにバネを押せば、その反作用でAは左向きにF(t)の大きさの力を受ける事になり、
仮に、Δt秒間F(t)の力が作用したとするなら、Aが受ける力積は左向き(運動量を減少させる向きに)にF(t)Δt
と言う事になる
これがAの運動量変化に等しいので
Aは右向きの運動がF(t)Δtだけ減少する事になります
同時刻に、Bはバネから右向きに
F(t)Δtの力積を受けるから
Bの運動量はF(t)Δtだけ増します
これは、バネを介してAからBに等量の運動量が受け渡されたと解釈できるので、A、Bとバネの系(グループ)内での運動量の総和には変化がないことになります
バネからの力積は、バネの長さ(時刻)によって変化しますが、各瞬間、瞬間で見てみると、やはりAからBへ等量の運動量が受け渡されると言う事が起きるだけで、運動量の総和に変化は生じません
ゆえに、衝突甲斐市からどれくらい時間が経過しようとも、Aが失う運動量の積算とBが得る運動量の積算は等しくなり、運動量が保存されると言うわけです
このように、運動量と力積の関係を良く理解したうえで、
内力、外力が存在するときの運動量変化について、公式的に覚えるのも時短となるので良い事だと思います
で、グループ内部の物体どおしの間で作用する力は内力
グループ外からグループに作用する力は外力と呼びます
例えば、バネとBをグループとして
Aはグループ外のよそ物として扱うとき、Aからグループに働く力は外力です
外力が働くのでバネとBのグループ内の運動量の送話は保たれません！
一方、A、B、バネをグループとみなすなら、AからB+バネに働く力は内力です
内力しか働かないからグループ内(A、B、バネ)の運動量の総和は保存されます

No.1 回答者： tknakamuri 回答日時： 2024/08/01 20:26

外力とは何なのか

よく復習しよう。

因みに、AとBの系でバネの弾性力は「内力」