下図に示すように, \( \boldsymbol{r}_{A} \) \( \boldsymbol{r}_{B} \) まで物体を移動させる時に, 経路 \( C_1 \) の矢印の向きに沿って力が成す仕事を \( W_1 = \int_{C_1} F \ dx \) と表し, 経路 \( C_2 \) \( W_2 = \int_{C_2} F \ dx \) と表す. 保存力の満たすべき条件とは \( W_1 \) と \( W_2 \) が等しいことである. \[ W_1 = W_2 \quad \Longleftrightarrow \quad \int_{C_1} F \ dx = \int_{C_2} F \ dx \] したがって, \( C_1 \) の正の向きと の負の向きに沿ってグルっと一周し, 元の位置まで持ってくる間の仕事について次式が成立する. \[ \int_{C_1 – C_2} F \ dx = 0 \label{保存力の条件} \] これは ある閉曲線をぐるりと一周した時に保存力がした仕事は \( 0 \) となる ことを意味している. 力学的エネルギー保存の法則-高校物理をあきらめる前に｜高校物理をあきらめる前に. 高校物理で出会う保存力とは重力, 電気力, バネの弾性力など である. これらの力は, 後に議論するように変位で積分することでポテンシャルエネルギー(位置エネルギー)を定義できる. 下図に描いたような曲線上を質量 \( m \) の物体が転がる時に重力のする仕事を求める. 重力を受けながらある曲線上を移動する物体 重力はこの経路上のいかなる場所でも \( m\boldsymbol{g} = \left(0, 0, -mg \right) \) である. 一方, 位置 \( \boldsymbol{r} \) から微小変位 \( d\boldsymbol{r} = ( dx, dy, dz) \) だけ移動したとする. このときの微小な仕事 \( dW \) は \[ \begin{aligned}dW &= m\boldsymbol{g} \cdot \ d\boldsymbol{r} = \left(0, 0, – mg \right)\cdot \left(dx, dy, dz \right) \\ &=-mg \ dz \end{aligned}\] である. したがって, 高さ \( z_B \) の位置 \( \boldsymbol{r}_B \) から高さ位置 \( z_A \) の \( \boldsymbol{r}_A \) まで移動する間に重力のする仕事は, \[ W = \int_{\boldsymbol{r}_B}^{\boldsymbol{r}_A} dW = \int_{\boldsymbol{r}_B}^{\boldsymbol{r}_A} m\boldsymbol{g} \cdot \ d\boldsymbol{r} = \int_{z_B}^{z_A} \left(-mg \right)\ dz% \notag \\ = mg(z_B -z_A) \label{重力が保存力の証明}% \notag \\% \therefore \ W = mg(z_B -z_A)\] である.
力学的エネルギー保存則実験器 - YouTube
今回はいよいよエネルギーを使って計算をします! 大事な内容なので気合を入れて書いたら,めちゃくちゃ長くなってしまいました(^o^; 時間をたっぷりとって読んでください。 力学的エネルギーとは 前回までに運動エネルギーと位置エネルギーについて学びました。 運動している物体は運動エネルギーをもち,基準から離れた物体は位置エネルギーをもちます。 そうすると例えば「高いところを運動する物体」は運動エネルギーと位置エネルギーを両方もちます。 こういう場合に,運動エネルギーと位置エネルギーを一緒にして扱ってしまおう!というのが力学的エネルギーの考え方です! 「一緒にする」というのはそのまんまの意味で, 力学的エネルギー = 運動エネルギー + 位置エネルギー です。 なんのひねりもなく,ただ足すだけ(笑) つまり,力学的エネルギーを求めなさいと言われたら,運動エネルギーと位置エネルギーをそれぞれ前回までにやった公式を使って求めて,それらを足せばOKです。 力学では,運動エネルギー,位置エネルギーを単独で用いることはほぼありません。 それらを足した力学的エネルギーを扱うのが普通です。 【例】自由落下 力学的エネルギーを考えるメリットは何かというと,それはズバリ 「力学的エネルギー保存則」 でしょう! 力学的エネルギー保存の法則とは 物理基礎をわかりやすく簡単に解説｜ぷち教養主義. (保存の法則は「保存則」と略すことが多い) と,その前に。 力学的エネルギーは本当に保存するのでしょうか? 自由落下を例にとって説明します。 まず,位置エネルギーが100Jの地点から物体を落下させます(自由落下は初速度が0なので,運動エネルギーも0)。 物体が落下すると,高さが減っていくので,そのぶん位置エネルギーも減少することになります。 ここで 「エネルギー = 仕事をする能力」 だったことを思い出してください。 仕事をすればエネルギーは減るし,逆に仕事をされれば, その分エネルギーが蓄えられます。 上の図だと位置エネルギーが100Jから20Jまで減っていますが,減った80Jは仕事に使われたことになります。 今回仕事をしたのは明らかに重力ですね! 重力が,高いところにある物体を低いところまで移動させています。 この重力のした仕事が位置エネルギーの減少分,つまり80Jになります。 一方,物体は仕事をされた分だけエネルギーを蓄えます。 初速度0だったのが,落下によって速さが増えているので,運動エネルギーとして蓄えられていることになります。 つまり,重力のする仕事を介して,位置エネルギーが運動エネルギーに変化したわけです!!
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16kw(kcal/h)の熱量が必要 になります。 例えば、 水温5℃、出湯温度42℃のお湯を出したい場合、46. 5kw(kcal/h)の給湯出力は1分間で18L出すことができる のです。 1人用の浴槽は約180Lの水を必要としますので、46. 5kw(kcal/h)もの給湯出力がある灯油ボイラーでお湯を貯めれば、お風呂以外でお湯を使わなければ わずか10分ほど で貯めることができます。 また、2人用の浴槽は約250Lあり、ファミリー向けの賃貸や住宅ではこの2人用、または1. 5人用(約200L)の浴槽を設置されていることが多いわけですから、わずか 約11分~約14分 でお湯を貯めることができる計算です。 4人家族では給湯出力が46. 5kw(kcal/h) もある灯油ボイラーの設置が最適といわれています。 2人家族では1分間で 約15Lほどお湯を出せる38.