仕事とエネルギー

落下物はなぜ危険なのか

頭上から落下してきた物体が、人に直撃し死傷事故に至る場合がある。
落下物は危険なのだ。

落下物が地面に衝突し、地表にめり込んだとする。
落下物は力を与えながら、土をどかした(移動した)のだから、仕事をしたことになる。
仕事をする可能性をエネルギーという。だから落下中の物体は、エネルギーを持っていたことになる。

落下物に限らない。水平方向に走る自動車が、壁に衝突しこれを壊すのもエネルギーを持っていたからだ。
しかし、停止している自動車が壁を破壊することはできない。
物体は速度を持つことによって、エネルギーを持つ。
これを運動エネルギーという。

運動エネルギーU_kは以下の式で表す。

落下中の物体は落下速度や質量に応じた運動エネルギーを持つ。
落下物が、人間に直撃すると、人体組織(骨、臓器)に仕事をする。
余りにも軽微なもの(ピンポン玉等)が、近距離から直撃しても、その運動エネルギーは小さい。
だから弾性などに消費されてしまえば、もう使いきってしまうので、危険ではないのだ。

危険なのは、落下物だけではない。
高所にあって、いつ落ちてもおかしくないものも同様に危険なのだ。
物体は高い位置にあるというだけで位置エネルギーを持つ。

「いつ落ちてもおかしくないもの」とは「位置エネルギーが、運動エネルギーに変わりやすい状態にある物体」という意味だ。

ここでは、落下物を例にして、位置エネルギーと運動エネルギーを概観した。
次のページから具体的に説明していこう。

2005/08/27

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