力学的エネルギー保存則とは?力学的エネルギーの意味から解説!

未分類

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!

Sponsored Link

「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=1/2mv2」、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=1/2kx2」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!

Sponsored Link

【※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。

 

コメント

タイトルとURLをコピーしました