運動エネルギー ~公式の求め方や仕事との関係を理解しよう~

仕事とエネルギー
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こんにちは!今回は運動エネルギーの求め方や仕事との関係について説明していきたいと思います。

運動エネルギーの話の前に、まずは「エネルギーとは何なのか」を考えていく必要があります。

この意味を知っているだけでこれから出てくる様々なエネルギーについて理解を深めることができるので、きちんと理解できるようにしましょう。

エネルギーって何のなのか?

エネルギーを簡単に説明すると

その物体が仕事をする能力のことを指します。

仕事のことについて忘れてしまった人は、物理基礎⑳で再度確認しましょう。

例えば、運動エネルギーをもつ物体の場合は、ぶつかったものを動かしたりすることができます。

運動エネルギーの公式の確認

運動エネルギーの公式は

と表されます。

この公式は、質量をもつ物体に速さが生じるとエネルギーを持つ。

という解釈で良いです。

ちなみに最も多いミスは2乗の計算をし忘れることです。この点は気を付けるようにしましょう。

あと、運動エネルギーは0か正の数値にしかなりません。

計算上で2乗が入るため、向きを考慮した計算をする必要がないです。

運動エネルギーの公式はあくまでエネルギーの大きさを求めるために存在していると覚えましょう。

運動エネルギーの求め方(公式の導出)

最もわかりやすい例として挙げられるのが、

速さvを持っている物体を他の物にぶつけて、止まる(v=0)までの仕事から求める

というパターンです。

これを運動方程式と等加速度直線運動の公式から求めていきます。

計算の最後に○○=Fxのような形を作り出します。

仕事と同じ量になる○○が運動エネルギーであると考えることができます。

早速計算にとりかかりましょう。

このように計算を行うことで、速さⅴを持つ物体は速さが0になるまでの間にした仕事が公式と一致することがわかると思います。

後の速さが0じゃないときのパターン

運動エネルギーの計算を行うときに、必ずしも物体が止まるとは限りません。

ということで、止まらなかった時の場合はどうなるか考えてみましょう。

再度、運動方程式と等加速度直線運動で考えていきます。

この形が何を意味するのか考えていきましょう。

運動エネルギーの差は物体がされた仕事を表す

運動エネルギーの差は物体がされた仕事を表します。

今までの物理の考えたを基にすると、物体は力の向きに移動するとき必ず加速していきます。(速さが増えていく)

ということは、上の例だと後のエネルギーは前のエネルギーより大きい値に必ずなります。

ということは、エネルギーの差は正になり、仕事の値も正になります。

このことから、

物体は、正の仕事をされると運動エネルギーは増加する。

また、負の仕事をされると運動エネルギーは減少する。

ということが言えます。

まとめ

運動エネルギーと仕事はかなり密接な関係にあります。

物体がされた仕事が正なのか負なのかは必ず意識しましょう。

今回の特に重要な部分をまとめたいと思います。

  • 運動エネルギーの公式は大きさを求めるためにある。
  • 運動エネルギーの差=物体のされた仕事
  • 正の仕事をされると運動エネルギーは増加、負の仕事をされると運動エネルギーは減少する。

エネルギーは他にも沢山種類があります。少しずつ覚えていきましょう。

ちなみに、運動エネルギーの公式を覚えていない人は、力学的エネルギーの保存を解くことができません。

必ず覚えてから、次に進みましょう♪ではでは~(@^^)/~~~

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