位置エネルギーと運動エネルギー

エネルギーは私たちの周りにあります。それは物を動かし、物を止め、物を暖め、物を冷やします。エネルギーの概念は、物理学において世界がどのように機能するかを理解するために重要です。物理学でエネルギーを見るとき、私たちはしばしば2つの主要なタイプについて話します: 位置エネルギーと運動エネルギーです。

エネルギーとは？

位置エネルギーと運動エネルギーに入る前に、エネルギーとは何かを学びましょう。エネルギーとは、仕事をする能力です。物理的な意味で、仕事とは、力に対抗して何かを動かすことを意味します。たとえば、重力に反する力で本を持ち上げることが仕事です。この仕事をするためにはエネルギーが必要です。エネルギーがなければ、本を動かすことはできません。

位置エネルギーの理解

位置エネルギーは、物の位置や状態によってその物体に蓄えられたエネルギーです。それは「位置」と呼ばれますが、それは使用されていませんが、将来的に仕事をする可能性があるからです。高さに置かれた物体や伸ばされたゴムバンドを考えてみてください。どちらも蓄えられたエネルギーを持っています。

例: 丘の上にあるボールを考えてみてください。それが頂点で静止しているとき、それは多くの位置エネルギーを持っています。それが下に転がると、そのエネルギーは別のものに変わり始めます。

位置エネルギーの種類

物体にどのように蓄えられているかによって、さまざまな種類の位置エネルギーがあります。

重力による位置エネルギー

これは、地面の上の位置によって物体に蓄えられたエネルギーです。物体の高さが大きいほど、その重力位置エネルギーは大きくなります。

重力位置エネルギー = 質量 x 重力 x 高さ

例えば、丘の上の岩は、地面にある岩よりも多くの重力位置エネルギーを持っています。

弾性の位置エネルギー

これは物体が引き伸ばされたり圧縮されたりしたときに蓄えられるエネルギーです。ゴムバンドが引き伸ばされたとき、それは弾性の位置エネルギーの良い例です。

化学位置エネルギー

これは原子や分子の結合に蓄えられたエネルギーです。私たちの食べ物には化学エネルギーが含まれており、私たちが動いたり運動したりするときにそれを利用します。

運動エネルギーの理解

運動エネルギーは運動のエネルギーです。何かが動くとき、それは運動エネルギーを持っています。速く動くほど、運動エネルギーは多くなります。

例: 丘の上にあるボールが転がり始めるとき、その位置エネルギーは運動エネルギーに変わります。位置による蓄えられたエネルギーが、運動のエネルギーへと変わります。

運動エネルギーの公式

運動エネルギーを計算するための公式は次のとおりです。

運動エネルギー = 0.5 x 質量 x 速度^2

これは運動エネルギーが物体の質量とその速度の2乗に比例していることを意味します。物体の速度を2倍にすると、その運動エネルギーは4倍に増加します。

エネルギーの変換

エネルギーはある形から別の形に変わることができます。ダイバーが高い飛び込み台に立つとき、彼または彼女は高い重力位置エネルギーを持っています。彼らが飛び込むと、そのエネルギーは運動エネルギーに変わり、水に達するまで続きます。

私たちのボール-オン-ヒルの例を使用して、エネルギー変換を単純に理解する方法をここに示します。それが丘の上にあるとき、それは位置エネルギーを持っています。それが転がると、位置エネルギーは運動エネルギーに変わります。それが下部で止まると、すべてのエネルギーは熱や音などの他の形に変わることがあります。

エネルギー保存の法則

エネルギー保存の法則は、エネルギーは創造されず、破壊されないことを示しています。それはある形から別の形に変わるだけです。閉じたシステム内での総エネルギーは一定のままです。たとえば、私たちのボールの例で、エネルギーは消えません。形を変えるだけです。