物理基礎【力学的エネルギー保存則】 高1です。力学的エネルギー保存則について質問です。 力学的エネル

物理基礎【力学的エネルギー保存則】

高1です。力学的エネルギー保存則について質問です。
力学的エネルギー保存則の公式は『力学的エネルギー保存則=一定』ですよね。その条件として、『保存力だけがはたらくとき、または保存力以外の力がはたらいても仕事をしないとき』というのがあるそうですが、これはどういう意味なんですか?
そもそも保存力が何なのかも、教科書を見ましたが意味が分かりません…。(『物体の移動経路に関係なく、初めの終わりの位置だけで物体にした仕事が決まってしまう力』と書いています。)

説明して欲しいです!
よろしくお願いします!

No.6 回答者： tknakamuri 回答日時： 2020/12/04 07:48

高一で、仕事を内積の線積分形式で

考える数学的基礎が無いのに
いきなり保存力はきついだろうな。

取りあえず、高ーなら 保存カ=重カ と覚えておけば良いかも。
「重力のする仕事」は高低差だけで決まります。
たとえ地球を―週しても重力のする仕事は高低差だけで決まります。
ISSや月が落ちて来ないのがその証拠。

>「保存力以外の力がはたらいても仕事をしないとき」

例えば坂を玉が転がり落ちるとき、玉が坂からうける垂直抗力
は仕事をしません。こういう運動の経路を強制することを「束縛」
経路を強制する力を束縛カと呼んだりしますが
高一の物理だと「張力」と「垂直抗力」ですね。

この回答へのお礼

ありがとうございます!
保存力=重力…と…φ(..)

板から垂直抗力は仕事しないんですね。
なんか、『力』って目に見えていない物だからこそ想像が難しいです…(笑)
まぁ、どういうことかは理解できました!(；´∀｀)ﾀﾌﾞﾝ……ｼﾞｬﾀﾞﾒﾅﾉﾊﾜｶｯﾃﾙｹﾄﾞｫｫ!!
ありがとうございます。

お礼日時：2020/12/04 17:29

No.5 回答者： ナッキーナッキー 回答日時： 2020/12/04 07:12

多分、不理解の原因は「仕事」にあるのだと思います。

物理での「仕事」は、仕事W=fxcosθ で定義されており、
日常生活で使う「仕事」とは関係ありません。
また、力fのした仕事と言った場合、力fだけに注目して仕事を計算します。
つまり、重力のする仕事を計算する場合、
物体に重力以外の力（空気の抵抗などなど）が働いていても、
その力を計算式に入れません（つまり、fは合力ではなく、mgだけを使います）。

「A地点とB地点があるとして、その距離を1cm。A地点からB地点まで進むのに1cm進んだ時の仕事とB地点とは逆に進んで地球を約一周する仕事は全く同じ…………??」
んなわけありませんよね……?(＠_＠;)」

いえ、そんな訳あり得るんです。
ＡとＢを同じ高さとして、１ｃｍだけ離れているとします。
このとき、重力のする仕事は、重力の方向に物体は動いていませんので、
地球を１周しようと、２周しようと
W=mg・0＝０
となり、重力が仕事をする事はありません。
気をつけて欲しいのは、物体が運動する事と力が仕事をする事は別の事柄であるという事です。
物体が等速直線運動するとき、物体に働く力は０で仕事は０になりますが、物体は運動しています（正確な言い方ではありませんが、ここでは目をつぶって下さい）。
また、物体が一定の速さで円運動する場合も力は仕事をしません。
（これは、「物理基礎」ではなく、「物理」で勉強します）
両者とも、仕事の式W=fxcosθで仕事を計算すると０となります。

さて、「保存力」ですが、「物理基礎」の範囲では、
重力、弾性力（ばねが及ぼす力）・・・２つだけ
だけだと考えてもらって構いません。
この２つ以外の力は全て「保存力」では無いと考えてよいです。
（ただし、「物理」に入ると、２つ以外の力で「保存力」である物が出てきます）
“正確に理解するべきだ”と言う意見もあるでしょうし、それはもっともだと思いますが、力が保存力である必要十分条件は大学での知識を必要としますので、とりあえず、力を「保存力」と「非保存力」に分類して憶えておけば十分だろうと言う事です。

この回答へのお礼

ありがとうございます!
仕事の意味を理解しきれていなかったようです…(゜o゜;
本当にありがとうございます!
重力の方向に働かなければ仕事はしていないんですね!!
あと、保存力についてもよく分かりました!
その2つを是非とも覚えさせていただきます!
助かりました!

お礼日時：2020/12/04 07:38

No.4 回答者： puyo3155 回答日時： 2020/12/03 22:52

＞「移動経路が関係ない…?……初めと終わりの位置だけで仕事が決まる…?…………なら、A地点とB地点があるとして、その距離を1cm。

A地点からB地点まで進むのに1cm進んだ時の仕事とB地点とは逆に進んで地球を約一周する仕事は全く同じ…………??」んなわけありませんよね……?(＠_＠;)

自分の概念で、わかんないんだからしかたない・・・がゆるされるのは、小学校２年生までです。大人がやると、単に科学的な会話ではない！と馬鹿にされておしまいです。

あなたが、そんなわけないと、思うと思うまいと、

「移動経路が関係ない…?……初めと終わりの位置だけで仕事が決まる…？」

は保存力の定義です。わかりますか？定義なのです。あるかないかは関係ない。そういうことがあれば、それを保存力と呼びましょう！！という意味です。

では、本当に保存力があるか？ですが、重力も、静電気力も保存力です。一般化すれば、スカラーポテンシャルであらわされる場は、保存力であることが証明できます。疑問なら、それを具体的に質問すれば話が進むと思います。

この回答へのお礼

なるほどです…。
どういう原理なのかは後回しなんですね。
分かりました!
今は一生懸命練習問題など解きまくりますね!頑張ります!
ありがとうございます!

お礼日時：2020/12/04 07:41

No.3 回答者： lv4u 回答日時： 2020/12/03 22:42

＞＞保存力だけがはたらくとき、または保存力以外の力がはたらいても仕事をしないとき

うーむ、物理で「保存力」なんて単語を初めて目にします。
力学的エネルギー保存則では、運動する物体は、外力（空気抵抗、摩擦等）の影響が無いなら、そのエネルギーが保存されるってことですよね。

で、ネットで検索して「保存力」が何だとされているのか、調べてみました。
その結果、私が学校の物理で学んだとき「位置エネルギー」として学んだものに関係するみたいです。

つまりは、５０口径の大口径ライフルを撃つ時、空気抵抗が無ければ、狙ったところに銃口から出たスピード（＝運動エネルギー）を保って弾頭が命中します。これが、力学的エネルギー保存側。
もし、そこに人間の頭があれば、粉砕されて無くなります。

ただ、重力を考慮すれば、下向きの加速度が加わり、弾頭はいくらかドロップして、照準よりも下に命中するでしょう。そのときの弾頭のスピードは重力によって加速されているので、銃口を出たときよりもエネルギーは大きくなっています。
そういう「重力による仕事が無い時」のことを、どうも保存力って言っているようです。

まあ、「位置エネルギー」もちょっと分かりにくい部分がありますけど、「保存力」という言い方は、さらに学生さんが分かりになる言い方なのでは？なんて感じます。

（ちなみに、戦場でのライフルの長距離狙撃では、ターゲットの８０ｃｍくらい上を狙うこともあるそうです）

この回答へのお礼

ありがとうございますっ!!!
ちょっと待ってください…!
保存力分かっちゃいました……!!｡･ﾟ･(ﾉ∀`)･ﾟ･｡ﾅﾝﾃｺﾄﾀﾞ…
そういうことですか!!
なるほど!
本当にありがとうございます!(ﾟ∀ﾟ)

お礼日時：2020/12/03 22:56

No.2 回答者： mabuterol 回答日時： 2020/12/03 22:38

エネルギー保存則というのは、あるエネルギーが別のエネルギーに変換されるという事です。

あなたが今考えている運動の場合は、運動エネルギーという速度の２乗に比例するエネルギーと、位置エネルギーという基準面からの高さに応じて決まる相対的なエネルギーとが、変換されるという事です。

位置が下がれば、その分だけ運動エネルギーが増えて、位置が上がれば、その分だけ運動エネルギーが減る。この時に、位置エネルギーが運動エネルギーに変わる時に作用する力（重力）は、保存力と呼ばれます。

運動を考える時に、保存力じゃないものの代表例は摩擦力です。これは熱や音のエネルギーに変わって消えてなくなってしまうものです。物体の運動エネルギーが熱エネルギーや音エネルギーに変わる事はあっても、その熱エネルギーや音エネルギーを再び運動エネルギーとして（１００％）再利用する事ができません。

No.1 回答者： puyo3155 回答日時： 2020/12/03 22:13

＞そもそも保存力が何なのかも、教科書を見ましたが意味が分かりません…。

ならばどうしようもないですね。

＞『物体の移動経路に関係なく、初めの終わりの位置だけで物体にした仕事が決まってしまう力』と書いています。

はいその通りです。教科書には、その前後に、例示や、言葉の説明や、練習問題や、いろいろあるので、まず自分で努力して勉強してください。

教科書以上のことを、あなたの状況説明なしに、解説できる人なんていないので。あなたが、その詳細の説明や、練習問題を解く過程において、ぐたいてきに何がわからないか？　それを説明するのが、質問する最低限のエチケットだと思います。

この回答へのお礼

ありがとうございます(_ _;)
確かに例示等々あります。
ですが、その保存力の説明に疑問が浮かんだんです。
「移動経路が関係ない…?……初めと終わりの位置だけで仕事が決まる…?…………なら、A地点とB地点があるとして、その距離を1cm。A地点からB地点まで進むのに1cm進んだ時の仕事とB地点とは逆に進んで地球を約一周する仕事は全く同じ…………??」
んなわけありませんよね……?(＠_＠;)
だからこそその説明の意味が分からないんです…。
教科書以上の説明は無理だと分かっていますが、できれば教えていただきたいのです。
お願いします……!!

お礼日時：2020/12/03 22:31