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中三 物理について

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ID非公開さん

2017/11/1323:13:03

中三 物理について

先日、等速直線運動と力学的エネルギー保存の法則を習ったのですがなぜ成り立つのかがわかりません。地球上では空気抵抗があったり、床には摩擦力があったりします。なので、力が変わらない、減らないというのが、わかりません。
詳しい解説、お願いします。

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popo_4510さん

2017/11/1400:49:55

力学的エネルギーE、運動エネルギーK、位置エネルギーUとして、
E=K+Uが成り立つのが、力学的エネルギー保存の法則だと思います。

質問者さんが書かれているように地球上には、(例えば坂道を下る車などを考えると)
地面との摩擦、タイヤのグリップ力(摩擦)、空気抵抗(これも空気との摩擦)などがあります。

では摩擦が起こるとどうなるか?

→摩擦熱が発生。
→その摩擦熱分の力学的エネルギーが、車の熱エネルギーに変換される。
→総エネルギーとしてはプラスマイナス0。
→しかし、熱エネルギーは外気に触れてすぐに車から離れるため、エネルギーは減っているように見える。
(すごく大雑把な考え方ですが)

ただ、こんなに細かく考えていたら難しいので、
中学では理想的な状態として「非常に滑らかで摩擦のない(熱エネルギー変換による力学的エネルギー損失が起こらない、力学的エネルギー保存の法則が成り立つ)斜面」を仮定して考えているのでは?と思います。


とりあえず中学ならば「エネルギーは色々な種類があるけど、総エネルギー量は変わらない」くらいのぼんやりした考えで良いと思います。

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qfxp4810さん

2017/11/1323:47:14

まず、勘違いしてはいけないのは力とエネルギーは同じではないということです。
エネルギーにも種類がいくつかあって力学的エネルギーというのはそのうちの一つに過ぎません。では、他にどんなエネルギーがあるかと言うと、化学エネルギー、熱エネルギー、位置エネルギー、光エネルギー、核エネルギーなどがあります。
摩擦によって物体の速さが遅くなるのは運動エネルギーが熱エネルギーに変換されてるということです。
このようにエネルギーはいろんな形になって循環しているのでこれらのエネルギーを全て考えれば保存することになります。
では運動エネルギーだけで見るとどのようなときに保存するかというと、基本的には物体が進んでる方向に影響する力が働いていないということで理解しておけば今は大丈夫だと思います。例えば等速直線運動をしているときに摩擦力は物体が進む方向と逆向きに働いているので運動エネルギーは保存しなくなります。物体が水平に進んでるとき、重力は物体が進む方向と垂直な向きに働いているので運動エネルギーには影響しません。
納得いかなければまた返信ください。

2017/11/1323:16:45

中学物理では(高校物理も)そこまで考えると難しすぎてしまうので、理想の状態として、空気抵抗や摩擦がないものとして考えているのです。

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