仕事とエネルギー

エネルギー

エネルギーとは

質量mの物体を、重力に抗して手で高さhだけゆっくりと持ち上げるときの仕事はmghである。

余談

この物体にかかる重力はmg、これに逆らう手の力は重力に等しいのでmgである。 このmgの力でhだけ移動するので、仕事はmghとなる。

この物体が手に加える力はmgだ。
この物体を載せたまま、手をゆっくり降ろした場合、物体が手にmghの仕事をすることになる。
では、質量mの物体を、高さhに留めたまま降ろさなかったらどうなるか？
移動させていないのだから仕事はゼロである。
しかし降ろすことによってmghの仕事をする可能性はある。
この物体は「仕事をする可能性」を持っているのだ。

仕事をする可能性にある状態を、エネルギーを持つという。
エネルギーの大きさは為しうる仕事の大きさで表現する。
mghの仕事をする可能性があるので、この場合のエネルギーはmghだ。

さて、この物体をhだけ降ろしたとしよう。
このとき、降ろしていく過程で物体が手にmghの仕事をする。
しかし降ろし終わるともう仕事をする可能性はなくなる。
mghのエネルギーを持っていた物体が、mghの仕事をしたために、エネルギーはゼロになる。

物体がある状態で持っているエネルギーは、その状態を失うことによってなされる仕事に等しい。
等しいということは仕事もエネルギーも同一の単位を使用しているということだ。
「仕事」も「仕事をする可能性」も同じ[J]で表現する。
このため、仕事とエネルギーを混同する人がたまに見られるが両者は別物である。

エネルギーにも形態よりいろいろある。
位置エネルギー、運動エネルギー、熱エネルギー、電気エネルギーなどだ。
エネルギーがどのような形態であっても、仕事をする可能性を持っていることには変りがない。
エネルギーごとに、仕事を取り出しやすい・取り出しにくいが違うだけである。
ここで例示したものは位置エネルギーである。
各エネルギーについては、その他のエネルギーを参照して欲しい。

2005/08/27

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