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。
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。
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