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。
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
で表されます。
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m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x,バネ定数をkとすると、
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 =
物体に力がした仕事 = Fx であり、
= Fx が成り立ちます。
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