5分でわかる!運動エネルギー
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この動画の要点まとめ
ポイント
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エネルギー=仕事する能力 について、具体的に考えていきましょう。
運動する物体の仕事する能力=運動エネルギー
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下の図を見てください。
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ここに速度vで移動するボールがあります。運動している物体は他の物体に仕事をすることができましたね。このボールが、下の図のようにグローブでキャッチされたと考えます。
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すると、グローブに対してF[N]の力がはたらき、ボールがグローブをs[m]動かします。力と移動距離があるので、ボールはグローブに 仕事をしている ということになりますね。 運動する物体がもつエネルギー(仕事をする能力) のことを 運動エネルギー といいます。
運動エネルギー=ボールがグローブにした仕事
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運動エネルギーがどれくらいの大きさを持っているのか、考えてみましょう。運動エネルギーは記号 K で表され、単位は [J] です。なぜ[J]なのかというとエネルギーは「仕事する能力」なので、 仕事の単位[J] と同じとなるのです。
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もう一度先ほどの図を確認しながら、ボールが持つ運動エネルギーの大きさを考えていきましょう。
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速度v[m/s]で飛んできたボールをグローブでキャッチしたとき、ボールがグローブを押す力をF[N]とします。 ボールをキャッチしたグローブは右にs[m]移動したとします。ボールがグローブにした仕事Wは、力F[N]と移動した距離s[m]を用いて
W=Fs[J]
と表すことができますね。 運動エネルギーKは「仕事する能力」のこと だったので、
K=W=Fs[J]
とできますね。
運動エネルギーをmとvで表そう
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ここでボールの運動エネルギーK=W=Fs[J]を、質量m[kg]と速度v[m/s]を使って変換してみましょう。
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ボールの速度は始めv[m/s]でしたが、グローブでキャッチされてs[m]移動したとき、ボールは停止するので速度0[m/s]となりました。ボールには進行方向と逆向きにFの力がはたらいているのでボールの運動方程式はma=−F(⇔a=−F/m)となります。
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このとき、ある式が使えるのではないか?と気付く方もいるかもしれません。等加速度運動で最初の速さv0と最後の速さvがわかっているとき、 時間を含まないで立式 ができましたね。
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ここで、上の式をよく見てください。 ボールがグローブにした仕事Fs が隠れています!上の式をFsについての式と見て整理すると、次のようになります。
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これはボールがグローブにした仕事であり、またボールが持っていた運動エネルギーであると言えます。
![高校物理 運動と力52 クマさんポイント 囲みのみ](https://d12rf6ppj1532r.cloudfront.net/images/k/0/sci_phy/1_12_52_1/k_sci_phy_1_12_52_1_image07.png)
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仕事は、大きさを表すのもので、方向は表しませんでした。今回登場した運動エネルギーも、仕事と同様に 方向を表さない という事も覚えておきましょう。
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今回は エネルギー について考えます。エネルギーという言葉は日常でもよく使いますが、みなさんはエネルギーとは何か説明することはできますか?物理の世界でいうエネルギーとは、以下のように表すことができます。