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5分でわかる!保存力

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この動画の要点まとめ

ポイント

保存力

高校物理 運動と力54 ポイント2 全部 空欄埋める

これでわかる!
ポイントの解説授業

保存力はスタートとゴールの位置だけで決まる

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力には様々な種類があります。その中でも、重力はかなり特殊な力の一つで、 保存力 という種類に分類されます。 保存力 は皆さん、はじめて耳にする言葉ですよね。 保存力 とは次のように定義されています。

保存力の定義
高校物理 運動と力54 ポイント2 図の下側全て 空欄埋める
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この定義だけを見て、さっと保存力を理解できる人は少ないでしょう。そこで、本当にどんな道筋を選んでも重力のする仕事はスタートとゴールだけで決まるのか次の例で確認していきます。

高校物理 運動と力54 ポイント2 図

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図はボールが点Aから基準点Oまで移動する様子を表しています。図の矢印のようにグニャリと曲がったルートを通って点Aから基準点Oまで移動した場合、位置エネルギーはどうなるでしょうか。

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保存力の定義に従うと、このとき重力がボールにする仕事は、自由落下させたときと同じmgh[J] になります。それはなぜでしょうか。

水平方向の仕事は0になる!

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曲がりくねった道を、鉛直方向と水平方向で細かく細かく分けていき、図のようにしてみましょう。

高校物理 高校物理 運動と力54 ポイント2 図 曲線の曲がった部分を角ばった道にして「コ」の字型のようにする

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この角ばった道は元々の曲がりくねった道と全然違うじゃないか!と思うかもしれません。ですが、この道をもっと細かく分けていけば、最終的に元々の曲がりくねった道とほぼ同じものになります。

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さてこのように角ばった経路で、ボールが点Aから基準点Oまで移動するとき、鉛直方向に移動するときは重力が仕事をしますが、水平方向に移動するときは仕事をしません。なぜならば、重力がはたらく方向と水平方向の移動は直角になるからです。力と移動方向が直角のとき、仕事は0になりましたよね。

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つまり 重力がボールにする仕事を考えたとき、鉛直方向のみを考えればいい ということになります。したがって、この鉛直方向の移動を足し合わせるとh[m]になり、 重力のした仕事はどんな道を辿ったとしてもmgh[J]になる んですね

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重力はどんな道筋を選んでも、 位置エネルギーはmgh[J] であり、 保存力 であるということが示せました。保存力に当てはまる力は限られた種類しかなく、力学の分野では、
重力:mg
ばねの力(弾性力):F=kx
という2つの力があります。当面はこの2つを覚えておいてください。

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

保存力
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