物理基礎摩擦力と運動エネルギーと熱の違いがよく分かりません。

Question

粗い水平面に物体を滑らすと、だんだん減速していって、やがて止まりますよね。
　このとき、摩擦力が物体の運動と逆向きに働き、物体に負の仕事をするため、物体は運動エネルギーを失いことで止まると思います。
　そして、減少した運動エネルギー分、接触面の分子の運動エネルギーが増加する。
　ここで質問があります。
①なぜ、摩擦力は運動エネルギーを熱エネルギーに(ほとんど)変換させることが出来るのですか。
物体の運動エネルギーが減少することと、分子の運動エネルギーが増加すること、それぞれは理解できるのですが、結びつけが出来ないです。

②同様に、W=JQという式がありますが、仕事を行って、なぜ熱に変換することを考えるのですか。
それとも勝手に変換されるのでしょうか。

③摩擦力がないときでも、仕事が熱に変換されますか。

endlessriver · Accepted Answer

dU=δW+δQ
により、系になされた仕事は熱か内部エネルギーになります。
（普通の）摩擦の場合 dU=0 という実験事実によります。

③繰り返すと、系になされた仕事は熱か内部エネルギーになります。
dU=0ならすべて熱になります。

puyo3155 · Answer

熱とはエネルギーの一種ですが、ミクロに見れば、物質の中の分子などの運動エネルギーです。マクロに扱う熱と、実態が何かをわけて考えないとね。

①なぜ、摩擦力は運動エネルギーを熱エネルギーに(ほとんど)変換させることが出来るのですか。物体の運動エネルギーが減少することと、分子の運動エネルギーが増加すること、それぞれは理解できるのですが、結びつけが出来ないです。

これはミクロに考えればかんたん。摩擦で物質の分子の運動エネルギーがあがるからです。

②これは、ミクロの話。仕事とはエネルギーの増減。熱もマクロにみればエネルギーの一種。別に変換しているわけではない。同じものです。

②仕事を熱に変換する方法は、摩擦以外にも星の数ほどありますね。

finalbento · Answer

②ですが、仕事を行って熱に変換する事を考えると言うよりは「熱もエネルギーの一種」と考えるわけです。

ちなみに質問文にある

W=JQ

と言うのは恐らく熱の仕事当量Jを使って熱と仕事(≒エネルギー)を結ぶ式の事だと思いますが、Jを使わずに

W=Q

とシンプルに書いてしまうやり方もあります。この場合は熱も仕事と同じ単位(MKS単位系ではJ)で測る事になりますが、大学以降の物理ではこちらの方が一般的のようです。

yhr2 · Answer

「熱」というのは、原子・分子が勝手に動き回ったり、振動したりする「乱雑な運動」であり、エネルギーが発散していったほぼ最終の姿です。

校庭にきちんと整列し、一糸乱れぬ行進をしていた学生たちが、「解散！」といわれた後に個々バラバラに「うだうだ、だらだら」と好き勝手に行動し始めた後のような状態です。

「摩擦力」なんて、「きれいな力」ではなく、ぎこぎこ、ズリズリ、ガガガ～っ、というような無秩序な制御できない力です。分子配列の凸凹に引っ掛かり突っかかりしながらすれ違っていくような状態ですから。

ということで、「熱エネルギーに変換する」という「高級な」話ではなくて、エネルギーを無駄に使い浪費した結果「熱」という無秩序なものに変わっていくという風に考えた方がよいです。
その熱を集めて「仕事」をさせたり「発電」したりするときには、エネルギーを「秩序ある状態」にしないといけないので、「効率100％」では変換できないのです。「よれよれ状態」のエネルギーを、「シャキッと整った」エネルギーに変える必要があるので、何かと余分なエネルギーを使ってやらないといけないのです。
原子力発電所だと使った熱のうち電力エネルギーになるのは 40% 程度（効率40%）、高効率の最新火力発電所でも効率は60%程度ではないでしょうか。電気に変えられないエネルギーは「温排水」として無駄に海に捨てるしかありません。

puyo3155 · Answer

熱とは分子の運動エネルギーのことだからです。

lv4u · Answer

「なぜ？」という質問をしてはいけない。
実験やって、測定して、法則というか、数値間の関係を定式化して終わり。

物理基礎 摩擦力と運動エネルギーと熱の違いがよく分かりません。

dU=δW+δQ

熱とはエネルギーの一種ですが、ミクロに見れば、物質の中の分子などの運動エネルギーです。

②ですが、仕事を行って熱に変換する事を考えると言うよりは「熱もエネルギーの一種」と考えるわけです。

「熱」というのは、原子・分子が勝手に動き回ったり、振動したりする「乱雑な運動」であり、エネルギーが発散していったほぼ最終の姿です。

熱とは分子の運動エネルギーのことだからです。

「なぜ？」という質問をしてはいけない。

似たような質問が見つかりました

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

関連するカテゴリからQ&Aを探す

このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング

マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング

物理基礎摩擦力と運動エネルギーと熱の違いがよく分かりません。