【質問の確認】 ≪運動エネルギーと仕事の関係がよくわかりません。≫ 運動エネルギーと仕事の関係がよくわかっていないからかもしれませんが, の意味がよくわかりません。よろしくお願いします。 【解説】 本問では速さ v 0〔m/s〕で運動している物体に, 仕事 W 〔J〕をすることによって物体の速さが変化しますね。 物体の速さが変化するということは"運動エネルギー"が変化するということになります。 運動エネルギーと仕事の関係 物体の運動エネルギーの変化量=物体が外部からされた仕事 【変化量=変化後−変化前】ですから, 次のような関係が成り立ちます。 ここで, 運動エネルギーについて確認しておきましょう。 ここでは仕事後の速さを v とおくと, となりますから, は「運動エネルギーの変化量」を表しており, これが物体にした仕事と等しくなるのですよ。 【アドバイス】
エネルギーというのは, 物体が仕事をする能力のことである. つまり「仕事」という言葉と「エネルギー」という言葉は実は同じものを表しているのであって, ただ言葉の使い方の違いだけである. 「仕事」の方を動詞的に使い, 「エネルギー」の方は名詞的に使う. 「エネルギーがある」という表現をするが, 「仕事がある」とは言わない. 「仕事をする」という表現はするが, 「エネルギーをする」とは言わない. しかし「エネルギーを与える」という言葉と「仕事をする」という言葉は同じ意味である. ちなみに「エネルギー」の語源は, ギリシア語の en(「中へ」の意を表す接頭語) + ergon(仕事)から来ている. エネルギーは保存する エネルギーという概念が大切なのは, それが保存する量だからである. しかしまだエネルギーの定義を説明しただけであり, なぜこの量が保存するのかという肝心な部分については何も説明していない. 学校でも状況は同じである. 中学や高校では, 実例をいくつか紹介して「確かに保存しています」と説明するだけであり, 大学では「自分で考えなさい」と教えられることになる. つまり, 教えられないということなのだが, 学生はそれまでに「エネルギーは保存するもの」と納得させられているので特に疑問にも思わないで進むことになる. 実はこの問題を考えると少々深い議論へと踏み込む必要があり, 少なくとも日本の教育では避けられているようである. 力学的エネルギー保存則とは？？【保存力・公式・仕事との関係もわかりやすく解説】│凡人高校生が勉強を頑張ったら京大に受かった. 多くの人にとってこのような議論は無用なことなので仕方ないのかも知れないが, 少なくとも物理学の学生にとっては鵜呑みにすべき問題ではないと思う. だが私もこのサイトの記事を書き始めるまでは鵜呑みにしてきたので偉そうなことは言えない. エネルギーが保存する理由にはいくつかの側面があって, 場合分けして考える必要がありそうだ. ここで簡単に短く説明できそうもない. このページの説明も長くなってきたことであるし, とりあえず休憩して, これからのトピックの中で一つずつゆっくり考えてゆくことにしよう.
未分類 2021. 03. 28 2020. 12. 24 今回は、「力学的エネルギー」と「力学的エネルギー保存則」という考え方について扱っていきます。 そもそも、「力学エネルギー」とはどんなものなのでしょうか?その説明をした後に、これを用いた考え方「力学的エネルギー保存則」を紹介していこうと思います! 運動エネルギーと仕事の関係がよくわかりません。｜理科｜苦手解決Q&A｜進研ゼミ高校講座. 「力学的エネルギー」とは まずは「力学的エネルギー」からです。そもそも、「力学的エネルギー」とは何でしょうか?物理が苦手な人などは、すでにここからわかっていないと思います。大切な知識ですので、ここでしっかり抑えていきましょう(*´ω`) で、「力学的エネルギー」の正体は、ズバリ次の通りです! つまり、力学的エネルギーとは運動エネルギーと位置エネルギーと弾性エネルギーの和のことなんですね。 ここで、運動エネルギーとは「運動している物体が持っているエネルギー=1/2mv 2 」、位置エネルギーとは「ある位置にあることによって物体に蓄えられるエネルギー=mgh」、弾性エネルギーとは「バネの弾性力により蓄えられるエネルギー=1/2kx 2 」のことをいいます。 ここまではいいでしょうか?それではいよいよ、「力学的エネルギー保存則」について紹介していきます! 力学的エネルギー保存則 「力学的エネルギー保存則」とは、「熱の発生がなく(=動摩擦力が働いていない)、また、他の物体と力学的エネルギーのやり取りがない時、力学的エネルギーの和は一定である。」という法則です。(→※) したがって、力学の問題を解く時は、動摩擦力がなく、他の物体とのやりとり(ぶつかるなど)がない時は、力学的エネルギー保存則が使えます。 (逆に、力学の問題を解く前に、与えられた条件が力学的エネルギー保存則が使える状態か否かを確認してから使いましょう。) このページでは主に「力学的エネルギー」について扱ってきました。次回からは、この単元では絶対に合わせて覚えておかないといけない「仕事」について紹介していきます。それでは、今回は以上です。お疲れさまでした! 【※補足説明】~先ほどの一文の意味がイマイチわからなかった人へ~ 少し難しく感じた人もいるかも知れないので、もう少し掘り下げて説明しましょう。まず、それぞれの物体は力学的エネルギーである運動エネルギー、位置エネルギー、弾性エネルギーのいずれかを独自に持っています。そして、それらのエネルギーの和の値は基本的に一定に保たれるという法則があります。これがいわゆる「力学的エネルギー保存則」です。 しかし、それらの物体が熱を発した場合、熱もまたエネルギーの一種なので、熱になった分のエネルギーはどこかに行ってしまいます。その場合、力学的エネルギーの和は保存されませんよね。また、異なる物体同士がぶつかったりした場合、この二つの物体間でエネルギーのやり取りが生じてしまいます。この場合も、エネルギーが保存しませんね。つまり、「力学的エネルギー保存則」とは、熱の発生がなくて、他の物体との力学的エネルギーのやり取りがない時に成り立ちます。それが上で述べた言葉の意味です。 ちなみに、「熱の発生がなく(=動摩擦力が働いていない)」と書きましたが、その理由は、動摩擦力が働いている時に物体は発熱するからです。消しゴムを紙で激しくこすったり、木にやすりをかけたりすると、それらが熱くなった経験があると思いますが、まさにそれです。
黒豆: ああああ~、疲れた・・・。 のた:どっ、どうしたの?? 黒:友人の引っ越しの手伝いをしててさあ。かなり重たい段ボールをずっと持ってたんだよね。それで腕が痛い・・・。 ああ、疲れた・・・。 のた:そっ、そっか。それは大変だったね・・・。 黒:でもさあ、なんでこんなに疲れてるんだろう?だって私、 「別に段ボールを持ち上げた訳じゃなくて、ずっと同じ位置で持ってただけ」 なんだよね。 この場合って、 別に私は段ボールに対して仕事をしてはいない よね。 つまり、私はエネルギーを消費していないはず。 なのになんで、こんなに疲れたのかなあ?? のた:ほぅ。面白い疑問だねぇ。 否!君のエネルギーは消費されているのだ!! のた:実は、 段ボールを同じ位置で持っているだけで、黒豆のエネルギーはしっかりと消費されてる んだよ。 黒:えええ、そうなの?何で? ?だって、 仕事の定義 って 力学における「仕事」の定義 仕事[N・m]=物体に加えた力[N]×物体の移動距離[m] でしょ? 力学的エネルギーとは わかりやすく. で、今回は段ボールの移動距離が0[m]だから、私が段ボールにした仕事は0[N・m]で・・・。 仕事とエネルギーは変換できる ものだから、 段ボールに加えた仕事=私が消費したエネルギー になるはずで、つまり私が消費したエネルギーも0なんじゃ・・・。 のた:うん、その議論は合ってる。でも、それは 「力学的エネルギーだけに限定した話」 だよね。 確かに、段ボールを同じ場所で持っているだけだと黒豆の力学的エネルギーは消費されない。 でも、エネルギーには他にもいろいろな形態があるんだよ。で、 今回黒豆が消費していたのは別の形態のエネルギー なんだ。 もう少し詳しく見てみようか。 エネルギーには様々な形態がある のた:この図を見てみて。エネルギーには主なものだけで、こんなにたくさんの形態がある。 (出典: 信州大学e-Learning教材 「エネルギーの基礎的概念」 ) これらのエネルギーは相互に変換できるんだ。例えば、水の持つ位置エネルギーで水力発電をする、つまり力学的エネルギーを電気エネルギーに変換するみたいにね。 で、今黒豆が着目してた 「力学的エネルギー」 はここ。 で、今回の引っ越しで黒豆が疲れた原因となったエネルギーはここだ!! 黒豆: 化学エネルギー ??
黒豆:なるほどねぇ。つまり、段ボールを同じ位置で持っているだけだと力学的エネルギーは消費されていないけど、実は体内で化学エネルギーが消費されていたから疲れた、ってわけね。 でもさ、一つ疑問なんだけど。さっきの話って、あくまでも 「筋肉が収縮するときの話」 今回の話はずっと同じ位置で段ボールを持っていた場合の話だから、 「筋肉の収縮が維持された場合の話」 だと思うんだけど。 筋肉が収縮するときにはATPが加水分解されて化学エネルギーが消費されるってのは分かったよ。でも、ずっと同じ位置で段ボールを持ち続けるだけなら、一旦収縮した後は筋肉は動く必要がないんだからATPは消費されないはずじゃない? 力学的エネルギー保存則って何？わかりやすく解説 | 受験物理ラボ. てことは、長時間持ち続けても疲れが増える訳じゃないんじゃないの?? のた:おお~、いいところに気付いたね。確かにここまでの説明だと、 「筋収縮を維持するだけの場合になぜ疲れが増すのか」 という疑問には答えられていないよね。では、もう少し考えてみよう。 単収縮と強縮 のた:実は 筋収縮には「単収縮」と「強縮」という2つのパターンがある。 定義は以下の通りだ。 「単収縮」の定義 単一の刺激 によって引き起こされる筋収縮。潜伏期、収縮期、弛緩期の3段階に分けることができる。 「強縮」の定義 連続した刺激 によって引き起こされる筋収縮。弛緩期が短くなり、収縮を持続する。 図で表すとこんな感じだね。 単収縮が連続して起こった場合が強縮だ。強縮が起こると筋収縮が維持される。 実は先の項で話したのは「単収縮」の話。 単収縮が1回起こるごとにATPがいくらか消費されるっ てことだね。 強縮では単収縮が連続して起こっているんだから、強縮が起こる時間が続くだけATPが消費され続ける、つまりそれだけ疲れる、 ってことになる。 だから、筋収縮を維持すればするだけ化学エネルギーが消費されて疲れるんだね。 黒豆:なあるほどぉ~。納得!! まとめ 黒豆:エネルギーについて考えるときには、力学的エネルギーだけじゃなくて他の形態のエネルギーについても考える必要があるんだね。 のた:そうだね。高校物理だと力学分野では力学的エネルギーしか扱わないから今回のような疑問が出てきても仕方ないんだけど、物理や化学、生物の全分野を俯瞰すると答えが見えてくることもあるってことだね。 黒豆:そうか~。結局、分野を横断した知識が必要ってことだね。これからも勉強がんばります!師匠!
2021 エネルギーとは、あるものに変化や動きを生み出す力だと言われています。コンセプトはまた、おかげで、 技術、産業用アプリケーションがある場合があります。ザ・ 力学一方、メカニズムまたはメカニズムのアクションによって機能するすべてのものが含まれます 機械。この用語は、衝突や侵食などの結果を引き起こす可能性のある自動動作とオブジェクトを説明するためにも使用されます。それはとして知られています 力学的エネル コンテンツ エネルギーとは、あるものに変化や動きを生み出す力だと言われています。コンセプトはまた、おかげで、 技術 、産業用アプリケーションがある場合があります。 ザ・ 力学 一方、メカニズムまたはメカニズムのアクションによって機能するすべてのものが含まれます 機械 。この用語は、衝突や侵食などの結果を引き起こす可能性のある自動動作とオブジェクトを説明するためにも使用されます。 それはとして知られています 力学的エネルギー したがって、両方が ポジション 以下のような 動き の 体 。これは、機械的エネルギーが 移動する物体のポテンシャル、運動エネルギー、弾性エネルギーの合計. したがって、いわゆる力学的エネルギーは、 特定の努力または仕事を実行するための質量のある物体の能力 。エネルギーは生成も破壊もされておらず、保存されていることを覚えておくことが重要です。の作用のおかげで、機械的エネルギーは時間の経過とともに一定に保たれます 力 関係する粒子に作用する本質的に保守的です。 力学的エネルギーの種類の中で、私たちは言及することができます 水力エネルギー (水の動きの位置エネルギーを利用します)そして 風力 (風の作用によって生じるモダリティ)。 したがって、機械的エネルギーの例は、 ダム 。それが水を放出するとき、位置エネルギーは運動エネルギー(運動中)に変換され、両方の合計が機械的エネルギーを構成します。 別の例は、機能するために巻かなければならないメカニズムで発生します。問題のばねは、おもちゃの車の移動など、さまざまな作業を実行できる運動エネルギーを放出します。ご覧のように、機械的エネルギーは私たちの日常生活の中で、振り子のように単純に見える物体の中に非常に存在しています。 時計.
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16〓2015. 10. 5経理課
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