仕事とエネルギーを解説!定義から正しく理解しようこれは「エネルギー保存則」の説明の前に、エネルギーの解説を行うための記事です。エネルギーの学習が十分であれば、いきなり保存則を確認してもいいでしょう。・今すぐ使える力学的エネルギー保存則!この記事はエネルギーの解説ですが、そのためには「仕事」を理解する必要があります。仕事の解説から順番に進めましょう。物体に力を加えて移動させることを指します。一定の力\(F\)で距離\(x\)だけ動かした場合、その仕事の量\(W\)は以下のようになります。引っ張ったとしましょう。この時引っ張る力は、\(W=5\times3=15[J]\)の仕事をしたことになります。箱には摩擦力が3Nかかっていたとしましょう。箱の動きを邪魔する方向へ3Nの力がかかります。摩擦力は、\(W=(-3)\times3=-9[J]\)の仕事をしているのです。物体の運動をどれくらい邪魔したか、というような量になります。次の章ではもう少し詳しく仕事の定義を見ていきます。正確な仕事の定義さていくつか具体例を見たところで、もう一度仕事の定義をしっかりと考えてみます。運動量と力積の記事を読んだ人なら、この先の流れが想像できるかもしれません。実際は力が一定とは限りません。以下のように力が変化するかもしれません。最後は徐々に力を抜いていった感じです。最後はまたゆっくりと仕事をしています。仕事も図の面積の部分になります。よってより正確な仕事の定義は以下の通り。物体の移動をどれだけ邪魔したか、でしたね。物体の移動と同じ方向の力しか仕事をしているとはみなしません。常に垂直抗力や重力も働いていますが、これらは移動に関係ないので仕事をしていません。真横ではなく、斜めに引っ張ったとしましょう。移動方向に鉛直の成分は仕事をしません。正確には運動の向きに沿った力だったということです。重いものを持ち上げて運んでいても、物理学的には仕事をしていません。いくら力を加えても、物体が動かなければ仕事は0です。このように普段使う言葉とは少しずれがあるので、定義を曖昧にせずに理解しておきましょう。エネルギーとは仕事を定義することで、ようやく目的だった「エネルギー」を考えられます。エネルギーという言葉を聞くと、ガソリンや電池、体力ややる気などが頭に思い浮かぶかもしれませんが、これらは全て物を動かす原動力です。物体が持っている仕事をする能力のことです。高校の力学では主に、1運動エネルギー2重力による位置エネルギー3弾性力による位置エネルギーが登場します。次の章から、これらの意味や、どんな数値をとるのかを考えていきましょう。速度を持っている物体がぶつかると、ぶつかった物体を動かせますよね。速度を持った物体は仕事をする能力があり、その能力を「運動エネルギー」と呼びます。運動エネルギーの大きさを考えていきましょう。物体\(m\)が速度\(v\)で運動しているとします。速度を0にしたとしましょう。運動エネルギーを打ち消したことになります。物体の運動エネルギーだということです。実際に計算してみます。(力一定より)・\(ma=F\)・\(v_{後}^{2}-v_{前}^{2}=2ax\)です。\frac{1}{2}mv^{2}\end{align*}このようにして運動エネルギーが求まりました。\[K=\frac{1}{2}mv^{2}\](上級者向け)淡々と定義通り計算しても同じ答えになります。積分の計算が少し大学レベルです。高いところに物体を持ち上げて落とすと、ドスンッと地面に衝撃を与えます。仕事をする能力を得ることができます。これを「重力による位置エネルギー」と呼びます。こちらも値を計算してみます。地面にある物体には\(mg\)の重力がかかっています。高さ\(h\)まで持ち上げるとしましょう。重力による位置エネルギーになります。物体が動き出しますね。このようにばねは物体に仕事をする能力がありそれを「弾性力による位置エネルギー」といいます。これまで同様に値を計算してみます。必要になる仕事Wが弾性力による位置エネルギーです。重力と違って少し注意が必要です。力Fが一定にはなりません。グラフで書けば以下の通り。徐々に力が増えていって最後はkxになる、その間に必要な仕事はグラフの面積です。\[U=\frac{1}{2}kx^{2}\]弾性力の仕事をグラフで考えましたが、これは前半の仕事の定義を追っているだけです。よって仕事の定義を使えばすぐに求めることができます。\]力学の分野で出てくるエネルギーは以上です。静電気力による位置エネルギー(=電位)なども今回と同じような考え方で得られます。仕事との関係を意識できるといいですね。まとめ今回は仕事・エネルギーの解説でした。仕事は「力が物体をどれだけ移動させたか」というわかりやすい量です。物体が仕事をする能力と、仕事を基準にするとかっちり理解できていいですね。普段ネットを通した個別指導をしている僕が、60分無料の受験のお悩み相談を始めました。親御さんが抱える不安に関してなどなどどんなことでも相談を受け付けています。気になった方はぜひ下のリンクをチェックしてみてください。2019.04.25単振動では様々な「公式」が出てきます。それらを全てまとめると以下の通り。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。コメントデータの処理方法の詳細はこちらをご覧ください。僕が青チャートを解くときに気をつけること。猫検定を受けることになった。努力は大事だけど「キッカケ」も大事。ローレンツ力の動画を投稿しました。WordPress.。