運動エネルギー(1)

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教科書p94〜96   


エネルギーとは(教科書p94)

エネルギーとは何でしょうか。
教科書p94の初めの5行を読んでみましょう。


風は風車をまわし、流れる水は水車を回転させる。すなわち、風や流れる水には、仕事をする能力がある。このように、物体が他の物体に仕事をする能力をもつとき、その物体は、エネルギーを持つという。

つまり、
エネルギーとは、「仕事をする能力」ということです。
また、ここでいう、
「仕事をする」とは、「物体に力を加えて移動させる」ということです。



運動エネルギー(教科書p94)

教科書に「風は風車をまわし、流れる水は、水車を回転させる。」とあるように、運動している物体(風や流れる水)は、他の物体(風車や水車)を押して動かすという仕事ができます。
このように、運動している物体が持つ仕事をする能力を、「運動エネルギー」といいます。

 図のように、質量〔kg〕の台車が速さ〔m/s〕で運動しているとき、
この台車はどれだけの仕事ができるでしょうか




 台車がある物体にぶつかり、この物体を押すことを考えます。
 台車が物体を押す力を〔N〕とし、台車は物体を距離を〔m〕だけ押して、ここで台車と物体が止まったとします。




 台車は、物体から −〔N〕の反作用の力を受けます。この力で、台車は減速することになります。
 台車の加速度(減速するので負になります)は、台車の運動方程式(公式 )より

    =−




 台車の運動について、等加速度3番目の式=2 より



 式を整理すると



 となります。


 右辺のは、
「台車がした仕事」を表します。
 つまり、質量〔kg〕、速さ〔m/s〕のこの台車は



  の
仕事ができるということです。



  速さ〔m/s〕で運動している質量〔kg〕の物体が持つ「運動エネルギー」(で表します)は、  

  

 です。 
エネルギーの単位は、仕事と同じ、J(ジュール)です。




  
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