第３章仕事とエネルギー28②（エネルギーとは何か？）
１．導入
さて，前回は仕事を学習しました。 仕事はどうやって定義したっけ？ そうです，仕事＝力×力を加えた距離 です。 そして，動滑車で台車を持ち上げる実験と直接持ち上げる 実験で比較しました。
２．仕事の原理
２分あげるので，「ここからわかること」を書いてみてください。
では，発表してもらいましょう。
A君：「動滑車を使っても，仕事は結局変わらない」
オーケー。
B君：「動滑車を使うと，力は半分になるけど，引っ張る距離は2倍になるので，
仕事は変わらない。」
いいですね。動滑車だけではないよね。てこでもそうだった。
結局，道具を使っても，仕事の量は変わらない。
これを「仕事の原理」といいます。
道具っていうのはね，「てこ」「動滑車」だよね。 他にはわかる？じゃあ，自転車についているね。 「歯車」です。ギアを重くすると，力はいるけど 回す回数は少なくていい。ギアを軽くすると， 力は小さくていいけど何回も回さないといけないよね。 他には「斜面」。これは次の練習問題なのでいいね。 あとは，例えばドアノブとかドライバー。 こういうのを「輪軸」といいます。 1回転させるのに太くなっていると円周が大きくなる。 でもその分，力は小さくて済む。 一度うちのドアノブが取れて，芯棒だけになったけど， 全く回せないのね。気を付けてください。そんなところかな。
ちなみに，仕事の原理が成り立たないこともある。
どういうときかわかる？
生徒：「・・・」
例えばさ，滑車が錆び錆びだったら？
斜面の摩擦が大きかったら？
基本的に「摩擦がない」というのが条件になります。
３．仕事の原理（練習問題）
では，一問だけ考えてみてください。 斜面を使うと仕事はどうなるでしょうか？ あのね，「仕事の原理より同じ」ってやらないでね。
※悲しいかな。力の分解を忘れている 生徒が多くいたので，解説しました。
ということで，結局斜面を使っても摩擦がなければ， 仕事は変わらない。
４．エネルギーとは？
はい，昨日宿題を集めてもらいました。
まずは，「エネルギー」と使った文章ですが，
こんなのがありました（パワポ＆プロジェクタで黒板に表示）。
確かに，日常的にこういう使い方するよね。
そしてよくわかっているね。
エネルギーというのは，蓄えたり，
使ったりすることができる！
これはエネルギーの重要な性質です。
エネオスはわかったよ（笑）。まあガソリンっていうか，熱っていうか， 電気のイメージもあるんだね。
確かにおにぎりにはエネルギーがあるね。
その蓄えられているエネルギーを人間が使う。
松岡修造のエネルギーでどうやって天気が変わるかかわらないけど，
もしかしたら熱のエネルギーかな？
光合成もさ，太陽からのエネルギーを他のエネルギーに変換している。
エネルギーは，他の形に変換したり，
他の物体に伝搬したりすることもできる！
では，イメージにいってみようか。
電気とか熱とかのイメージがあるんだね。確かに目に見えない。 元気ねー。
なるほど。しかし，
エネルギーって力なのかな？
むしろ，「力の源」「原動力」って言った方がすっきりするね。
これいいね！確かに，
エネルギーがあるってのは，
何かしてくれそうな感じだよね。
正確には，だれかが書いてくれていたけど，
エネルギーとは，
物体が持っている仕事をする能力・原動力のことです。
まとめておきます。
そして，エネルギーの種類は・・・
熱エネルギー，音エネルギー，光エネルギー，
原子力エネルギー…
などたくさんありますが，すべてを扱うと大変なので，
この章では，力学に限定します。
物体が動いていたら（といいながら，
椅子を投げようとする），「何かしてくれそう」だよね。
これが「運動エネルギー」。
物体が高い位置にあると（椅子を頭の上方に位置させる），
「何かしてくれそう」。
生徒：「先生，こわいです」
そうだね。これが「位置エネルギー」。
ばねが伸びたり縮んでいたりすると
（ばねを大きく伸ばして近づける），
「何かしてくれそう」。
これを「弾性エネルギー」といいます。
・位置エネルギー…高い位置に物体があるときにもつエネルギー
・弾性エネルギー…ばねが伸びたり縮んでいるときにもつエネルギー
そして， これら３つの合計を「力学的エネルギー」 といいます。
ところで，文章を考えてくれたけど，使っている動詞が
正しいものもあれば，間違っているものもある。
力や仕事も動詞がある。
厳密ではないけど，私が持っているイメージを伝えるためにも
考えるのはよいことでしょう。
正解は・・・
です。日常生活で使うような「持っている力」ってのは， エネルギーのことを指していることが多いです。 また，物体に働いている力を図示してもらって， 私が「力が１本少ないねー」なんて言うときはありますが， １つの力について「少ない」とは言いません。 力は「小さい」です。
しかし，日常生活でエネルギーのように，
「持っている」，「多い・少ない」というような述語を
使う言葉は何でしょうか？
生徒：「・・・お金？」
そうだねー。お金を持っている，お金が多いって使うね。
お金をする，お金がかかっているとかって言わないね。
お金は蓄えて使うことができる。金とか銀とか買って他の価値に
変換したり，他の人にあげたり移動させることもできる。
そういう意味ではエネルギーに似ているね。
５．エネルギーと仕事の関係
そして，君たちも書いてくれていた通り， エネルギーというのは，正確には， 「物体を動かす原動力」つまり「どれだけ仕事をできるか」なので， 物体が仕事をされた場合， その分だけエネルギーは増加します。
たとえば，次の状況を考えてみよう。
(1)は，2学期に実験をしたよね。
ばねの長さを同じにしたまま台車を引っ張った。
2学期には，
この現象を「ゴムの弾性力によって，台車は加速した」と表現したのです。
しかし3学期では，
「ゴムの弾性力が仕事をした分だけ，
台車の運動エネルギーは増加した」
と表現します。
(2)は，糸が仕事をした分だけ，
おもりの位置エネルギーが増加した。となり，
(3)は，糸が仕事をした分だけ，
おもりの運動エネルギーと位置エネルギーが増加した
と表現します。(2)より(3)の仕事の方が大きいね。
それは(2)は張力と重力の合力が０だけど，
(3)では張力の方が重力よりも大きくなければならないから。
６．まとめ
エネルギーというものを学習しました。 次回は運動エネルギーってどういう式で表されるのか， 実験を通して考えます。
授業を終えて。。。 ・最後の問題２は時間がなくできなかったクラスもあった。
・エネルギーのイメージを書かせたことで，エネルギーについては焦点化された。
・エネルギーをお金で例えるのは賛否があるが，私は好きな方です。
・YPCのサイトで小沢先生の発表を見て，
「エネルギーとは何かしてくれそうな状態」というのは面白い表現だなーと
思って使おうと思っていたら，生徒から出してくれたので採用させてもらいました。
感性の鋭い生徒と小沢先生に感謝！
・あとの授業で明確になるが，仕事の定義は覚えていない。
・全くここに関係がないが，数学科の先生と話をしていたときに，
英語科の先生がきて，私が「オームの法則は覚えている？」と聞いたら，
英語科の先生「・・・」。
私「解の公式は？」
「それは覚えてますよ！」
なぜだろうか？よく考えたら，二次方程式でも二次関数でも
解の公式は度々使用する。その違いなんだろうなー。
オームの法則は単元が終了すれば終わり。そういうものは身につかない。
では，中学時代の理科は何をすればよいのだろうか？
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