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【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。

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。

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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早慶専門個別指導塾HIRO ACADEMIA

早慶専門個別指導塾HIRO ACADEMIA

自身の勉強時の体験や社会人になってからの経験を元にいかにして、”考える”ことができる人材を作ることができるのかを日々考えています。また一方で、どんな学力の受験生に対しても独自カリキュラムを提供し、勉強が圧倒的にできるようになっていくという塾を経営しています。