仕事とエネルギー

エネルギーの原理

仕事をする可能性をエネルギーという。
仕事もエネルギーも単位はJ(ジュール)だ。

1000[J]のエネルギーがあれば、最大1000[J]までの仕事ができる可能性がある。
1000[J]のエネルギーのうち、300[J]分の仕事をすれば、残ったエネルギーは700[J]だ。

エネルギーと仕事の関係は、預金高と支払いの関係に置き換えると分かりやすい。
1000[円]の預金があれば、最大1000[円]までの支払いが可能だ。
1000[円] の預金のうち、300[円]支払えば、残った預金は700[円]になる。

外部に仕事をすると、エネルギーが減るのだ。
逆に外部から仕事をされたらどうなるのだろうか？

物体が外部から仕事をされると、同じだけ物体の持つエネルギーが増加する。
「もらった仕事」は「増えたエネルギー」に等しいのだ。
これをエネルギーの原理という。

400[円]受け取れば、預金高が400[円]増加するのと同じ考えである。

地上の物体(質量m)を重力に逆らって、高さhまで持ち上げるとき、手がこの物体にする仕事はmghだ。
この物体は、mghの仕事を手から与えられることによって、位置エネルギー(ポテンシャルエネルギー)がmgh分増えたことになる。

実はエネルギーの原理には、二通りの定義がある。
エネルギー全般についての場合と運動エネルギーに限定した場合だ。
上記では、「エネルギー全般についてエネルギーの原理」だ。

一般にエネルギーの原理と言ったら「運動エネルギーに限定した場合のエネルギーの原理」を示す場合が多い。
この場合、「物体が外部からもらった仕事は、増えた運動エネルギーに等しい」と表現する。

2005/08/27

2005/09/22

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