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物理

【物理】エネルギー(仕事・エネルギーその2)

小山くん
仕事はわかったけど、エネルギーとどう違うの?単位も同じだし違いがわからない。
山田さん
エネルギーはどれだけ仕事をできるか、だから似たようで違うものだね。つまり仕事をするということは相手にエネルギーを与えることだよ。
小山くん
なるほど!

エネルギーとは

エネルギーとは、どれだけ仕事をできるかを表しています。
その単位は仕事と同じくJ(ジュール)です。

エネルギーは大きく、運動エネルギーと位置エネルギーに分類されます。

さらに位置エネルギーはバネによる弾性エネルギー、物体の高さによる重力による位置エネルギーなどに分けられます。

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運動エネルギー

まず、運動エネルギーとは運動している物体がもつエネルギーのことで、

質量m、速さv、で運動している物体の運動エネルギーは

\frac{1}{2}mv^{2}

で表されます。

bannaer

重力による位置エネルギー

これは高さによるエネルギーです。高さhにある質量の物体のエネルギーはmghで表されます。
ここで基準となる高さは自分で決定してよいので、わかりやすい高さを0にするようにしましょう。

弾性エネルギー

これはバネによるエネルギーです。

自然長の位置を基準として、どれだけ変化したかを,バネ定数をkとすると、

\frac{1}{2}kx^{2} で表されます。

仕事とエネルギー

さらに、仕事とエネルギーの関係は以下の式であらわせます。

(物体の運動エネルギーの変化)=(物体に力がした仕事)

例えば、速さvで動いていた物体に力Fを加えた時、物体の速度がv’に変化したとします。

このとき、動かした距離をxとすると、

物体の運動エネルギーの変化 = \frac{1}{2}mv'^{2} - \frac{1}{2}mv^{2}

物体に力がした仕事 = Fx であり、

\frac{1}{2}mv'^{2} - \frac{1}{2}mv^{2} = Fx が成り立ちます。

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