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位置エネルギー運動エネルギーってなに?

  1. 位置エネルギーとは
  2. 運動エネルギーとは
  3. エネルギー保存とは
  4. エネルギー問題

 1.位置エネルギーとは
エネルギーは色々な種類のものがあります。熱エネルギー、電気エネルギー、音エネルギー、など。そのうちの1つが位置エネルギーになります。位置エネルギーの大きさは、物体の重さ高さ重力に依存します。

 

例えば、建物の2階から人の頭にプラスチックで作られた軽い玉を落としてみます。ほとんど痛みは感じませんよね?次に、絶対に現実世界で実験してはいけませんが同じ高さから鉄の玉を落としてみます。痛いなんてものではすみませんよね。つまり、物体が重たければ重たいほど、位置エネルギーは大きくなるんです。

 

次に、高さを変えてみましょう。2階からではなく3階からプラスチックの玉を落下させます。2階から落とした時よりも強い衝撃になります。つまり、高い位置にあればあるほど、位置エネルギーは大きくなります。

 

さて、最後に重力です。月を例にとって考えてみましょう。月は地球よりも重力が小さいことで有名です。鉄の玉を月で落下させると、地球で落下させるよりもゆっくりと落下します。つまり、重力が大きければ大きいほど、位置エネルギーは大きくなります。式に表すと以下のようになります。

 

位置エネルギー=物体の重さ×重力×高さ

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2.運動エネルギーとは
運動エネルギーの大きさは物体の重さ速さによって決まります。今度はバッティングセンターで想像実験してみましょう。プラスチックのボールをバッティングマシーンにいれ、100キロの玉を投げさせます。これに当たってもそこまで痛くないでしょう。つぎに、硬式のボールを入れてみます。頭の中でイメージするだけにしてください。圧倒的に痛いですよね。つまり、位置エネルギーと同様、物体の重さが重たいほどエネルギーは大きくなります。

 

つぎに、硬式のボールを120キロで投げさせます。もっと痛くなります。つまり、物体の速さが早ければ早いほど運動エネルギーは大きくなります。式で表すと以下のようになります。

 

運動エネルギー=2/1×物体の重さ×速さの二乗

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3.エネルギー保存とは
1.2.で紹介した2つのエネルギーの他にも様々なエネルギーがあります。音エネルギー、熱エネルギー、光エネルギー、など。これらのエネルギーは変換されます。どういうことか、詳しく解説していきます。

 

例えば先ほど1.で解説した位置エネルギー2.で解説した運動エネルギーに変換してみましょう。先ほど同様、2階から鉄の玉を落下させます。地面につくギリギリのところで頭の中の映像をストップさせてください。

 

今、鉄の玉の位置エネルギーはほとんどゼロです。なぜなら、地面との距離がほとんどゼロになっているからです。では、そのエネルギーはどこに消えたのでしょうか?今、映像では鉄の玉が止まっているように見えますが、実際は動いています。速さをもっているということです。つまり、物体は落下していく中で、位置エネルギーを運動エネルギーに変換しているのです。

 

このはじめの位置エネルギーと、変換されて生じた運動エネルギーの大きさは同じになります。ではもう一度、頭の中で停止させていた映像を再生させてみましょう。音がなり、地面が少しへこみ、物体が静止します。運動エネルギーが音エネルギーに変換されました。このように、エネルギーというのは1つの世界の中で変化しながらも一定に保たれています。これをエネルギー保存と呼びます。

 

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4.エネルギー問題
最後に、エネルギー問題とはどういった問題なのか、解説していきます!この、エネルギーの考え方がわかっていれば、エネルギー問題の解決策を考えることが少し面白くなるかもしれません。まず、私たちが生活していく中で必要不可欠な電気ですが、これは主に熱エネルギーを電気エネルギーに変換することで手に入れています。

 

これが火力発電です。では、火力発電の何が問題なのか。これは皆さんご存知の地球温暖化です。そこで、火力発電ばかりに頼ってはいられなくなったのです。他にも、地熱の熱エネルギーを利用した地熱発電、風の力のエネルギーを利用した風力発電、などさまざまな案が出されていますが、なかなか革新的なアイデアは生まれていません。どう電気エネルギーを生み出すか、どこのエネルギーを利用するか、考えてみると面白いかもしれません。