【4】エネルギー【物理基礎解説】

力学的エネルギー物理

この記事では、物理基礎「エネルギー」の解説をしていきます。

この項のポイントは以下の3つです。

  • 運動エネルギー
  • 位置エネルギー
  • 力学的エネルギーの保存

物理基礎の力学の最後、エネルギーについて解説していきます。
テストでも超頻出。絶対に押さえておきたい分野です!

頑張って勉強していきましょう!

運動エネルギー

エネルギーという馴染みがあるけど、イマイチよくわからない言葉。

言葉の意味をしっかり把握するのが物理を解く基本です!

エネルギーとは「物体が仕事をする能力」のことです。

つまり、エネルギーと仕事は非常に密な関係ということ。
単位も、エネルギーと仕事は共通でJ(ジュール)です。

と言われても、まだしっくりこないと思うので、実例を見てもらいましょう。

まずは、運動している物体が持つエネルギー「運動エネルギー」を見ていきます。

運動エネルギー

このように、運動エネルギーは仕事と密接に関係しており、K=1/2(mv2)で表すことができます(Kはkinetic(運動の))。

速さの2乗に比例するところがポイントですね。

なので、自動車事故は早ければ早いほど甚大な被害になるっていうのは、エネルギーの大きさは速度の2乗に比例するからなんです。

位置エネルギー

続いて、位置エネルギー。運動エネルギーとセットで問題に出ることが多いので、しっかり覚えておきましょう。

位置エネルギー

位置エネルギーも運動エネルギーと同じで、仕事と密接な関係があります。

そして、位置エネルギーには重力によるものと弾性力による2種類あるのを覚えておいてください。

位置エネルギー・運動エネルギー両者には以下のような性質があります。

  • 重力による仕事:力が一定なのでW = Fxの式が使える
  • 弾性力による仕事:バネの自然長からの伸び縮みでFが変化するので、W = Fxの式が使えない

なので、バネによる位置エネルギーを求めるときは、計算で求められないのでF – xグラフから求めるということです。

力学的エネルギーの保存

さて、今度は運動エネルギーと位置エネルギーを使って計算問題を解いていきます。

エネルギーの分野でテストで出るのは、この力学的エネルギーの保存を使った考え方です。理解しておきましょう!

力学的エネルギーとは「運動エネルギー+位置エネルギー」のこと。

そして、力学的エネルギー保存則「物体に保存力だけが仕事するとき、その物体の力学的エネルギーは一定である」も覚えておいてください。

  • 保存力・・・仕事が経路によらず一定な力。重力や弾性力など
  • 非保存力・・・仕事が経路によって変化する力。摩擦や空気抵抗など

力学的エネルギーの保存の使い方は、実際に例題を見てください。

力学的エネルギー

このように、力学的エネルギー保存則を使うことで、簡単に物体の速度などが分かるってことです。

まとめ

エネルギーについて理解できましたか?

ポイントをまとめますね。

  • 運動エネルギーK=(1/2)mv2
  • 重力による位置エネルギーU=mgh、弾性力による位置エネルギーU=(1/2)kx2
  • 力学的エネルギーE = K + U(非保存力が働いていないとき、Eは保存される)

エネルギーという、分かっていそうで分かっていない言葉。

物理では非常に重要な概念なので、使いこなせるようにしましょう!

さて、理解したら次の単元に進みましょう!

コメント

タイトルとURLをコピーしました