第３章仕事とエネルギー28⑩（エネルギー保存の法則）
１．導入
前回は問題演習をしました。エネルギーの原理を用いてと， 運動方程式を使っての２通りの解法を考えました。 これらがどちらもできれば中三としては合格です。 しかし，よくわかっていない人も多いようなので， 今日はこれまでの流れを復習していきます。
２．３学期の復習
まずは，台車を持ち上げる実験をやったね。
（以下，パワポを使って説明---言葉はほぼ省略）
そして，３つのエネルギーをまとめたものを力学的エネルギーといって， 非保存力が仕事をした分だけ，力学的エネルギーが変化する。 という関係がありました。これをエネルギーの原理といいます。
ここで，２つの場合を考えます。 摩擦がない斜面を下る場合と摩擦のある場合です。
はじめは何のエネルギーを持っている？
そうだね，位置エネルギーだけ。動いてないないから運動エネルギーは０。
はじめの半分の高さまで下りてきたら？
生徒：「位置エネルギーが半分になる」
残りは？
生徒：「運動エネルギー」
そう。位置エネルギーの半分が運動エネルギーに変わる。
では，一番下に来たら？
生徒：「全部運動エネルギー」
そうだね。位置エネルギーは０になるから
すべて運動エネルギーに変化する。
こうやってバーで表すと，これらの高さが等しくなる。
これを「力学的エネルギー保存の法則」という。
では，今度は摩擦がある場合。
この場合だと，どうなるかな？
はじめは位置エネルギーだけ。途中まで来ると位置エネルギーは半分になる。
ここまでは変わらない。運動エネルギーは？
生徒：「さっきより小さくなる」
少なくなるね。そうすると，
力学的エネルギーは減少してしまう。
これはなぜかというと，動摩擦力が仕事をしているから。 動摩擦力の向きと移動する方向は反対向き。 だから，仕事はマイナスになる。 その分だけ，力学的エネルギーは減少する。
ちなみに，水平ななめらかな床の上で物体を引っ張るとどうかというと， 加速していくよね。それは，糸の張力が仕事をして， 糸の張力と移動する方向は同じ方向だから， 仕事はプラス。その分だけ力学的エネルギーは増加していく。
というのが，この章のまとめです。
３．エネルギーの変換
じゃあさ，さっきの坂道を下る物体だけど，
摩擦力がした仕事って何になるの？
生徒：「・・・」
では，私は神なので祈りなさい。
手を合わせて…そして，手をこすりなさい。
どうなる？
生徒：「熱くなる」
ってことは？そう，
摩擦がした仕事は熱エネルギーに変換される
のです。つまり，力学的エネルギーから熱エネルギーに変わったと
見ることもできるね。そうやって，
”力学的”だけでなく，すべてのエネルギーを考えると，
エネルギーは保存しているのです。
ただし，これはちょと難しい話だけど， 何を見ているかによって話が変わるんだよね。 つまり，摩擦で熱が発生したら， それは空気中に逃げていくでしょ。 だから，物体と空気とすべてを考えれば エネルギーは保存しているけど， 物体だけを見たらエネルギーは減少しているんだ。 このあたりの事情はまた高校でだね。
４．エネルギーの変換の例
では，エネルギーが変換されている例を見ていくね。
※授業ではそれぞれの例を
写真やイラストなどを交えてパワポで説明していった。
著作権の問題があるので割愛。
４．まとめ
今日ので少しは理解してくれたかな？ エネルギーというのはとても抽象的な概念だけど， 物理だけでなく化学でも生物でも， 科学を横断する基礎的な概念なんだよね。 一度手に入れるとすごく強力な武器になるので， よく理解してほしいと思います。
授業を終えて。。。 ・前半のパワポはいいと思うんだけど，退屈になる。
・後半のエネルギー変換のパワポ（このページでは省略）
の方が簡単で楽しいのだね。
・やはり中二でスピーカーやモーター作りは大切だなーと感じた。
| ← もどる 仕事とエネルギー28⑨ |
このページの トップへ |
すすむ → 仕事とエネルギー28⑪ |