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力とエネルギーの違いがわかりません。

gooドクター

A 回答 (7件)

難しいですよね、物理。

でも、主観的に捉えるのはとても大切だと思います。(これをやり過ぎると理論じゃなくなりますが)

力は、ギターの弦を張っておくと、それに力ってかかってますよね?

エネルギーは、ものを動かす「なにか」です。ここで言っている「動かす」って言うのは「場所を変える」だけではなく、他にいろいろあります。
機械を動かすときには、なんらかのエネルギーが必要
です。

ギターの弦には力がかかっていますが、それで何かを動かすことはできません。

エネルギーって、力プラスアルファと思ってください。
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補足拝見。



>エネルギーは力のもとになり、|力|=エネルギーで、
>エネルギー⊂仕事⊂力のように解釈しました。

「エネルギー」は、ある系(着目領域と言ってもよい)がもっている、他に変化を起こし得る原因となるような量です。変化を起こすとき、系から系へエネルギーが移動します。2つの系の変化が力学的変位でつながっているとき、このエネルギー移動を(力学的)仕事と呼びます。

「力」は、それが原因となり着目要素に生じる加速度で(原理的に)測られる(ベクトル)量です。力は、系がもっているというものではなく、系の間でのやりとりという考え方も成立ちません。この意味で力とエネルギーは基本的に異なる概念です。

ある系の力学的エネルギーには、速さの2乗に比例する運動エネルギーと、系の(構成要素の)位置座標で決まるポテンシャルエネルギーがあります。ポテンシャルエネルギーの下り勾配(-微分)の分だけ、その系は(ポテンシャルエネルギーが低下する方向への)力を受けます。この意味で、エネルギーと力は関係づけられていると言えます。

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と書いた上で、蛇足を書きます(無用でしたらごめんなさい)。

一般に、物理の用語というのは、客観的・定量的にはっきりしている内容を一括りに表現するためのもので、(哲学用語等のように)抽象的観念を括って表わすものではないのだと思います。だから、数式による定義が不可欠なのですが、かと言って数式だけで全てが表現できるわけでなく、また、何らかのイメージを伴っているのも確かと思います。

観念的に考え始めるのではなく、誰にとっても曖昧性なく定量的に認識・表現できる「力」や「エネルギー」とは一体何か?、、というふうに考えてみて下さい。
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walk546さんにとっての力およびエネルギーそれぞれのイメージ、あるいは、両者のどのようなところが紛らわしく思えるのか、等を伝えて下さい。



当方は仕事上、以下の類の質問を受けるこがしばしばありますが、もしかして、walk546さんの疑問と関連するところがありますか?
『力を出し続けていても、変位がない限り、エネルギーを消費しないのは何故?』

この回答への補足

私の質問は『力を出し続けていても、変位がない限り、エネルギーを消費しないのは何故?』 のような質の高い質問ではありません。それ以前の言葉の定義でつまづいています。みなさんに質問に答えていただいて、今は、力は視覚的に確認された事象から判断されるエネルギーで、エネルギーは力のもとになり、|力|=エネルギーで、エネルギー⊂仕事⊂力のように解釈しました。勘違いがありましたら、ご教授お願い致します。

補足日時:2005/04/01 14:36
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A3ではちょっと質問と違った趣旨の書き込みになったようですので補足します。

(というよりこちらが本命?)

地上から高さ10mのところに棚があり、この上に重量1kgの球が載っていると仮定します。
この球は棚に対して、1kgf=9.8N(ニュートン)の「力」を加えています。(単位の換算については、A1のURLを見てください)
同時に「位置のエネルギー」10kgf-m=98N-m を持っています。(まだ「仕事」はしていません)

これが自由落下して地表上にあった鉄板に激突して、これを1cmほど凹ませたとします。
球の持つ位置のエネルギーは落下すうるちに「運動のエネルギー」に変わります。
もし空気抵抗を考慮しなければ、この運動のエネルギーは位置のエネルギーと同じ98N-mとなり、これが鉄板を凹ませるエネルギーになります。
鉄板にかかった「力」は、
  98N-m/0.01m=9800N=1000kgf
と計算されます。

これは「位置(運動)エネルギー」が100%「仕事」に変わった例です。
このように、大雑把には エネルギー=仕事 としてよい場合もあります。(この考え方が「仕事」と「エネルギー」をゴッチャにしてしまうきっかけになったわけですが・・・)

厳密には、上の例では空気抵抗があるので、位置のエネルギーと運動エネルギは同一になりません。
また、衝突の際、音、熱に変換されるエネルギーもあり、衝突時の 運動エネルギー=仕事 とはなりません。

エネルギーー仕事ー力 の関係が、おわかりいただけたでしょうか?
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「力」と「仕事」の関係は前の方のご回答でよいのですが、「仕事」と「エネルギー」は違います。



「エネルギー」は「物体が仕事をする能力」です。目に見えません。(まだ具体化していない)

「仕事」は「エネルギーが放出されて起きた現象」です。これは目に見えます。(目に見える、見えない・・・はたとえです。厳密には、人間の五感で感知できない「仕事」もあります。・・・現れた・・・という程度の意味合いです)

ですから、「エネルギー」が100kcalあっても「効率」が50%なら、50kcalの「仕事」しかしない、ということもあり得ます。

「エネルギー」と「仕事」は、単位系が同じなのでよく混同されます。
これは、工科系の学生・出身者にとってはジョーシキなのですが、一般の方にはこういう誤解を持っていらっしゃる方が大勢おられます。

仕事は放出されたエネルギー
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%95%E4%BA%8B

エネルギーの解説
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%83%8D% …

この回答が、質問から外れていたらごめんんさい。

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%95%E4%BA%8B
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エネルギーは仕事とも言います。


電気がわかりやすいと思うので電気で説明します。

例えばいくら力を使っても,発電機を回すことができなければ,
電気エネルギーを生むことはできません。
力を使って動かしてこそ初めてエネルギーが生まれるわけです。
公式で言うと,
W=Fs[仕事(エネルギー)=力×距離]

水力発電で使われる水は,電気を起こすための位置エネルギーを持っています。
ダムに貯まっているだけでダムを大きな水圧(力)で押していても
電気は起きません。
貯まっている位置エネルギーが動くと電気エネルギーを発生させます。
公式で言うと
W=mgh[仕事(エネルギー)=質量×重力加速度(9.8m/s)×高さ]
この場合,mgという部分は上の式のFになり,h(高さ)は距離なので,
W=Fs と集約されます。

結局,力を加えてどれだけ動かしたか。
または,力を加えてどれだけ動かす能力があるかがエネルギーと言えます。

素人の説明でわかりにくいとは思いますが,だいたいそんな感じです。
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 エネルギー = 力 X 距離 = 仕事



とお考えになれば、わかりやすいと思います。↓
http://www.fct.co.jp/benri/doryoko/hyo.html#7

床に石を置くと床には重力と言う力が掛かります。
この重力に逆らって1m持ち上げると位置エネルギーが増え、
そこから落とすとそのエネルギーで、床に穴が開きます。

参考URL:http://www.fct.co.jp/benri/doryoko/hyo.html#7
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