力に関する素朴な疑問（思考実験？）

　　例えば、車でも隕石でも何でも良いのですが、それなりの質量と速さを持った物体が等速で直　　
線運動をしているとします。
　　その前方を非常に薄い紙（例えば習字で用いる半紙等）を大きく張って遮るとします。
　　物体がその前方の極めて薄い紙をビリビリと破って通り過ぎました。

　　その時の紙を破った物理量は何？というものです。

　　車が一定時速１００ｋｍぐらいで走っていたら半紙ぐらいでは破る前と後では運動量は変化し　　
ないのでは？と思ったのです。となれば、力も発生しないのでは？と思ったのです。しかし紙　　は破
れる。その正体は？です。

No.5 ベストアンサー 回答者： formula_1 回答日時： 2007/01/26 16:11

全てのエネルギーは保存する、という前提で話を進めると、

「何もエネルギーを受け取っていない半紙は破れない」
⇔「破れた半紙は何らかのエネルギーを受けとった」
ですから、まず

> 力も発生しないのでは？

が否定されます。
力によって半紙が破壊されたとは限りません（熱によって破裂したとか、核反応とかもありえますね＾＾；）から、正確には否定されませんが、破れた半紙は何らかのエネルギーを受け取ったわけです。
では、そのエネルギーはどこから来るかというと、この場合は（思考実験であるからには）車以外にはあり得ないわけです。

車の持つ力学的エネルギーが、半紙を破るという仕事（＝力）に与えられた結果、わずかに車の持つ力学的エネルギーが減少したということになります。
では、車の持つ力学的エネルギーの減少とは何か？

・速度の減少
・質量の減少（この条件下では質量が直接仕事にはなりにくいでしょうけど）

となります。したがって、

> 車が一定時速１００ｋｍぐらいで走っていたら半紙ぐらいでは破る前と後では運動量は変化しないのでは？

ここがまちがっていて、
速度は、見た目にはほとんど変わっていなくても、微少な速度低下をもたらされていると考えるべきでしょう。

No.4 回答者： moby_dick 回答日時： 2007/01/26 14:36

紙が破れたのですから、小さいですが力が働いています。

運動は相対的ですから、
それは、車が止まっていて、その前方から非常に薄い紙が車に突っ込んでいくのと同じです。

力が、紙の方から、動いている車を遅くしよう、止まっている車を動かそうの感じで、車にかかったとすると、
車は、反作用の力を紙にかけ、その力で紙が破れたことになります。

しかし、他方、
車の方から、紙に力が働き、紙の方から反作用とも考えられます。

宇宙で鉄の球とガラス球が衝突して、ガラス球が壊れたとしたら、
ガラス球を壊した力の元、正体は、鉄の球にあったとも、ガラス球にあったとも言えないです。
お互いの間で働いた、作用反作用の力と言うしかないです。

No.3 回答者： storm50 回答日時： 2007/01/26 13:34

紙を破った物理量は運動エネルギーでしょう。

No.2 回答者： murarinpap 回答日時： 2007/01/26 10:52

推進力を持つ車の場合と隕石の場合とでは状況が異なると思いますが、基本的には紙を破る前と後で若干の速度の低下が認められます。

その喪失速度と質量を掛けたエネルギーが紙を破った時にロスしたエネルギーです。

No.1 回答者： himara-hus 回答日時： 2007/01/26 10:46

理論上は、紙がさえぎる力で、運動している物体の速度が若干落ちることになります。

車と紙では、紙の力が無視できるほど小さいだけです。
仮に紙に向けピンポン玉を転がせば、紙がその力を受けとめて、ピンポン玉は止まりますね。