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運動量保存の法則とは?

うんどうりょうほぞんのほうそく

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運動量保存の法則とは、外力が働かない系では物体全体の運動量の合計が衝突前後で変化しないことを示す、物理学の基本法則です。

運動量(p)は質量(m)と速度(v)の積 p=mv で定義されます。運動量保存の法則は、「外部から力が加わらない閉じた系において、系全体の運動量の総和は時間によらず一定に保たれる」というものです。

この法則はニュートン第三法則(作用・反作用の法則)から導くことができます。二つの物体が衝突するとき、互いに及ぼし合う力は大きさが等しく向きが逆であるため、運動量の変化が打ち消し合い、合計量が変わらないのです。

運動量保存の法則が活躍する代表的な場面を挙げると、

  • ビリヤードの球同士の衝突(完全弾性衝突)
  • ロケットの推進原理(噴出ガスと機体の運動量が釣り合う)
  • 交通事故の再現計算(衝突前後の速度推定)
  • 素粒子物理学における粒子の衝突解析
などがあります。

特にロケットの例は直感的に理解しやすく、ガスを後方に噴射することで前方への運動量が生まれます。宇宙空間では摩擦がないため、この法則が純粋な形で働きます。運動量保存の法則はエネルギー保存の法則と並び、自然界を支配する普遍的な対称性(並進対称性)に根ざした深い原理です。

使い方・例文

静止しているボートの上で人が船首方向に歩くと、ボートは反対方向に動きます。これが運動量保存の法則の典型的な例です。

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