高校の物理基礎の問題です。 問題文が長いので画像を貼ります。 この問題を解く過程で最初に位置エネルギ

高校の物理基礎の問題です。
問題文が長いので画像を貼ります。

この問題を解く過程で最初に位置エネルギーを求める必要があるのですが高さについて質問があります。

これは取水口から湖面の高さを使うものではないのですか？
そうでなければ水面の部分の高さからの水の位置エネルギーが取水口のほうの水を押し出しているということなのでしょうか？

押し出していると考えるならば利用する分の水だけでなく取水口より上の全ての水のエネルギーが押し出しているのではないでしょか？


教えてください！！

No.1 ベストアンサー 回答者： Zincer 回答日時： 2018/08/18 04:09

＞これは取水口から湖面の高さを使うものではないのですか？

いいえ。使える位置エネルギーは「湖面ー水の出口」間のものです。
ですから実際の水力発電所においても、取水口より低い位置に発電機からの水の出口があります。
ただし、パイプ内を流れる過程において「圧力損失」と呼ばれるエネルギーのロスが発生しますので、あまり長いのも考え物です。

＞水面の部分の高さからの水の位置エネルギーが取水口のほうの水を押し出しているということなのでしょうか？
まあそういうことです。取水口に限らず、全ての高さで「その上にある水から（重力で）押されている」ということです。

＞押し出していると考えるならば利用する分の水だけでなく取水口より上の全ての水のエネルギーが押し出しているのではないでしょか？
利用できるエネルギーは位置エネルギーのみですが、そういうことです。
話を簡単にするために単純な（断面積の等しい）筒を流れているとしましょう。
剛体の自由落下では位置エネルギーが運動エネルギーに変換されて速度が増します。しかし、水の場合に上部と下部で速度は変わりませんよね。