「力学的エネルギー保存の法則」

2006.2.3　教育センター　平田 慈（めぐみ）
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解説ビデオ

（１）仕事

力の大きさ F と力の向きに動かした距離 s をかけあわせたものを仕事 W という。 （ work に由来）
　　〔力〕×〔距離〕
仕事の単位は，力を〔N〕（ SI 単位系）で表す場合，1〔N〕の力が働いて物体がその方向に 1〔m〕移動したときの仕事の量を 1〔J〕（ジュール）で表す。
1〔J〕= 1〔N〕× 1〔m〕= 1〔N・m〕= 1〔kg・m2 / s2〕
力を〔kgw〕（工学単位系）で表す場合には，1〔kgw〕の力が働いて物体がその向きに 1〔m〕移動したときの仕事の量を 1〔kgw・m〕で表す。
1〔kgw・m〕= g〔N・m〕= g〔J〕= 9.8〔J〕

（２）仕事率

仕事がどのくらいの時間でできるかという仕事の能率を表すのに，１秒間あたりにする仕事 W の割合を用い，これを 仕事率 P という。（ power に由来）
　　〔仕事〕／〔時間〕
仕事率の単位は，１秒間当たり 1〔J〕の仕事をする割合をとり 1〔W〕（ワット）で表す。
1〔W〕= 1〔J/s〕
1000〔W〕を 1〔kW〕（キロワット）といい，1〔kW〕の仕事率で 1 時間にする仕事を 1〔kWh〕（キロワット時）という。
仕事の単位を〔kgw・m〕で表した時の仕事率の単位は〔kgw・m/s〕となる。

（３）エネルギー

仕事をする能力をエネルギーという。エネルギーの単位は〔J〕（ジュール）であるが， 〔cal〕（カロリー），〔kWh〕（キロワット時）なども使われる。
1〔cal〕〜 4.2〔J〕，　1〔kWh〕= 3.6 × 106〔J〕

（４）重力による位置のエネルギー

高い位置にある物体が持つエネルギー U
U = mgh
U：重力による位置のエネルギー〔J〕
m：質量〔kg〕，g：重力加速度〔m/s2〕
h：基準面からの高さ〔m〕

（５）運動のエネルギー

運動している物体の持つエネルギー K （ kinetic energy に由来）
K：運動のエネルギー〔J〕
m：質量〔kg〕
v：速度〔m/s〕

（６）力学的エネルギー保存の法則

位置のエネルギーや運動のエネルギーなどの力学的エネルギーの総和は一定不変である。

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