●衝突【しょうとつ】

相対的に運動する2つの物体または粒子が接触または接近して微小時間だけ互いに強い力を及ぼし合って相対速度を変える現象。衝突の前後で2物体の運動量の和および角運動量の和は変らない。また，力学的エネルギーの和が変らないときを完全弾性衝突または単に弾性衝突といい，変るときを非弾性衝突という。巨視的な物体の衝突では，相対運動を接触面の法線方向と接線方向とに分解し，法線方向には反発係数を用いて反発の法則を適用し，接線方向には摩擦の法則を適用して衝突を論じる。分子，原子，原子核，素粒子などの量子力学的な衝突では，内部エネルギーが変化しない衝突を弾性衝突という。衝突前後の粒子の種類や数が変らない場合を散乱，変る場合を反応と呼ぶこともある。

［名］(スル)
１ 突き当たること。ぶつかること。「電柱に衝突する」「衝突事故」
２ 相反する立場・利害などがぶつかって争いとなること。「意見の衝突がみられる」「国境で軍隊が衝突する」

一般に物がぶつかることであるが，物理学，化学，工学では非常に重要な概念の一つである。物理学，化学での衝突はわれわれが日常体験する衝突現象とはだいぶ趣を異にするものを含んでいる。日常われわれの経験する衝突現象とは，球の衝突とか自動車の衝突とかで，衝突する物体どうしの間には接触するまでは相互作用が働かないとみなせる。すなわち，剛体どうしの衝突である。しかし，星と星との衝突とか，電子とイオンの衝突では距離の2乗に反比例する引力が働き，このために軌道は双曲線を描いて，直接に触れ合うという日常的な意味で衝突することはむしろまれである。

二つの物体が、その大きさよりずっと大きい距離からしだいに近づき、短い時間だけ相互作用を及ぼし合う現象。ふたたび離れていくことが多いが、2物体が合体してしまう場合もある。衝突の直前と直後で、重力のような外力の位置エネルギーの変化は小さいのが普通なので、相互作用を別にすると、力学的エネルギーとしては、各物体の重心運動のエネルギー(1/2)mv²（mは物体の全質量、vは重心の速さ）と、重心に対する相対運動（回転や振動など）を考えることが多い。2物体が衝突直前にもっていた運動量をp₁＝m₁v₁, p₂＝m₂v₂、衝突直後のそれらをp₁'＝m₁v₁', p₂'＝m₂v₂'とすると、ベクトル量としての運動量保存則
　　p₁＋p₂＝p₁'＋p₂'　(1)
はかならず成り立つ。また2物体の角運動量の和も保存される。しかし、重心運動の運動エネルギーの保存

は成り立つとは限らない。物体の全運動量は重心の運動量に等しいが、エネルギーはそうではなく、重心に対する相対的な運動（回転や振動などの内部運動）の運動エネルギーや変形などによる弾性エネルギーの変化なども考えて、それらの相互転換を考慮しなければいけないからである。内部運動には、巨視的に運動とみえる振動や回転のほかに、微視的な原子・分子の熱運動も含まれる。重心運動以外のエネルギーに変化がなければ(2)式が成り立ち、この場合の衝突は弾性衝突とよばれる。そうでない衝突を非弾性衝突という。巨視的な2球の衝突の場合には、相対速度v₂'－v₁'とv₂－v₁の、接触点における法線成分の大きさの比をとって、反発係数またははねかえり係数とよぶ。これは、球の材質で決まる0と1の間の値をとることが経験的に知られている。衝突で両球がくっついてしまうのは反発係数が0の場合であり、弾性衝突では反発係数は1である。微視的な粒子は量子力学で扱わねばならないので、波動力学が適用され、衝突現象は波の散乱という形式で処理される。このために衝突のことを散乱ということが多い。個々の微粒子の行動の追跡はできず、多数の粒子の流れを扱うので、それと標的粒子との衝突の仕方はさまざまで、衝突して出てくる粒子は散らばる。この場合、どの方向へ出てくる粒子はどのくらいの割合かを示す衝突断面積（散乱断面積）という量が研究の対象となる。なお、衝突前後で粒子の種類や数が変わる場合には反応とよぶ。

［小出昭一郎］

普通，二つの物体が近接して，2物体間に相互作用(ポテンシャルないし力で記述される場合が多い)がはたらく現象をいうが(二体衝突)，ときには三つ以上の物体が同時に相互作用する多体衝突もある．衝突の前後で，物体の内部エネルギーの変化がなく，運動エネルギーが保存される場合を弾性衝突，そうでない場合を非弾性衝突という．量子力学では，粒子の衝突は，散乱ないし反応とよばれ，前者は衝突の前後で粒子の種類や数が変化しない場合，後者は変化する場合である．衝突に際しては，系の全エネルギー，運動量，角運動量，電荷などは変化しない保存量であり，衝突の起こる確率は量子力学では衝突断面積で表される．