力学的エネルギー
カワウソ先生位置エネルギーが減った分だけ運動エネルギーが増える。和はいつも同じ、と考えれば計算できるよ。
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- 高いところにある物体がもつエネルギーを位置エネルギー、運動している物体がもつエネルギーを運動エネルギーといい、その和を力学的エネルギーという。
- 位置エネルギーは高さが高いほど・質量が大きいほど大きく、運動エネルギーは速さが速いほど・質量が大きいほど大きい。
- 摩擦や空気の抵抗がなければ、位置エネルギーと運動エネルギーは移り変わっても、その和（力学的エネルギー）は一定に保たれる。
詳しく
公式
他の物体に仕事（新しいタブで開きます）をすることができる物体は、エネルギーをもっているという。エネルギーの単位は、仕事と同じJ（ジュール）。
高いところにある物体がもつエネルギーを位置エネルギー、運動している物体がもつエネルギーを運動エネルギーという。位置エネルギーは基準（新しいタブで開きます）面からの高さが高いほど、質量が大きいほど大きい。運動エネルギーは速さが速いほど、質量が大きいほど大きい。
位置エネルギーと運動エネルギーの和を力学的エネルギーという。摩擦や空気の抵抗がなければ、力学的エネルギーは一定に保たれる。これを力学的エネルギーの保存という。
例題
例題1：摩擦や空気の抵抗は考えない。振り子のおもりが最も高い点Aにあるとき、位置エネルギーは0.6J、運動エネルギーは0Jだった。力学的エネルギーは何Jか。0.6＋0＝0.6J。
例題2：おもりが最も低い点（基準面）を通るとき、運動エネルギーは何Jか。位置エネルギーは0Jになり、その分がすべて運動エネルギーに移るので、0.6J。
例題3：途中の点Bで位置エネルギーが0.2Jのとき、運動エネルギーは何Jか。力学的エネルギーは0.6Jのままなので、0.6−0.2＝0.4J。
なぜそうなるか
振り子のおもりは、下がるにつれて速くなり、最も低い点を過ぎて上がるにつれて遅くなる。高さが減った分だけ速さが増え、速さが減った分だけ高さが戻る。これは、位置エネルギーと運動エネルギーが互いに移り変わっているから。
摩擦や空気の抵抗がなければ、エネルギーは移り変わるだけで和は減らないので、おもりは最初と同じ高さまで上がる。
実際には、摩擦や空気の抵抗によって力学的エネルギーの一部が熱や音に変わるため、振り子はだんだん低くしか上がらなくなり、やがて止まる。このとき力学的エネルギーは保存されない。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/mechanical-energy/?from=print#quiz
ジェットコースターが点Aで位置エネルギー50J・運動エネルギー0Jだった。点Bで位置エネルギーが20Jのとき、運動エネルギーは何Jか（摩擦や空気の抵抗は考えない）。数字で答えよう。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：30
力学的エネルギーは50Jのまま一定なので、50−20＝30J。振り子のおもりの運動エネルギーが最も大きくなるのはどこか（摩擦や空気の抵抗は考えない）。
- ◯ 最も高い点と最も低い点のちょうど中間
- ◯ どの点でも同じ
- ◯ 最も高い点
- ◯ 最も低い点
正解：最も低い点
最も低い点では位置エネルギーが最小になり、その分が運動エネルギーに移るので、速さと運動エネルギーが最大になる。物体の位置エネルギーを大きくするにはどうすればよいか。
- ◯ 同じ高さのまま、物体を速く動かす
- ◯ 同じ高さのまま、物体を水平に動かす
- ◯ 質量の小さい物体を、より低い位置に置く
- ◯ 質量の大きい物体を、より高い位置に置く
正解：質量の大きい物体を、より高い位置に置く
位置エネルギーは、高さが高いほど、質量が大きいほど大きい。実際の振り子がだんだん低くしか上がらなくなり、やがて止まるのはなぜか。
- ◯ 力学的エネルギーの一部が熱や音に変わるから
- ◯ 重力がはたらかなくなるから
- ◯ 運動エネルギーが増え続けるから
- ◯ 位置エネルギーが増え続けるから
正解：力学的エネルギーの一部が熱や音に変わるから
摩擦や空気の抵抗によって、力学的エネルギーの一部が熱や音に変わるから。
単元のポイント
- 位置エネルギー 高いほど・質量が大きいほど大きい
- 運動エネルギー 速いほど・質量が大きいほど大きい
- 力学的エネルギー 位置エネルギー＋運動エネルギー
- 力学的エネルギーの保存 摩擦がなければ和は一定