物理についてです。 物体にした仕事によるエネルギーの変化がよくわかりません。 物体を手で支えながらゆ

物理についてです。

物体にした仕事によるエネルギーの変化がよくわかりません。

物体を手で支えながらゆっくりとh持ち上げた時、重力がした仕事は進む方向と逆向きなので-mgh
物体はmghのエネルギーを得る。

摩擦のある床で物体をx引いた時、摩擦力Fがした仕事は進む方向と逆向きなので-Fx
物体は-Fxのエネルギーを失う。

した仕事はどちらも負であるのに、得たり、失ったりするのがよくわかりません。

上手く伝わっているか分かりませんが、どなたか教えて欲しいです

質問者からの補足コメント

• 保存力、非保存力が関係してますか？
  もしそうならなぜそうなるのか教えて欲しいです

    補足日時：2023/07/19 14:29

No.7 回答者： tknakamuri 回答日時： 2023/07/21 15:49

>物体はmghのエネルギーを得る。

物体を持ち上げると
「物体は位置エネルギーを得た」
と表現する人がいるけど
これはウソです。

重カによりエネルギーを奪われただけ。

物体が落ちる時、奪われた工ネルギーが戻ってきますが
これは物体が保持していた工ネルギーではなく
重力により得られたものです。

物体は運動エネルギーと位置工ネルギーを持っていて
物体を持ち上げる物体の位置エネルギーが増える
という説明はよくされますが、物体のもつエネルギーは
運動エネルギーだけ。位置工ネルギ―は物体の外部の
重カ場に蓄えられます。

No.6 回答者： syotao 回答日時： 2023/07/21 12:20

エネルギーって力学的エネルギーのことですか？

No.5 回答者： yhr2 回答日時： 2023/07/20 10:53

No.1&2 です。

他の回答者さんの回答に対して、ちょっと突っこみ。

#3 さん＞仕事をしたのは、
＞「物体を手で支えながらゆっくりとh持ち上げた」です。
＞その結果、「物体はmghのエネルギーを得る。」のです。

これは、あくまで「地上の重力の下で」の話です。
無重力の宇宙空間では「mghのエネルギー」にはなりません。「手の力」が加わったので、運動エネルギーを得ると思います。


#3 さん＞「mgh」と言うエネルギーは、
＞自然落下によりh→0となった時に放出されます。
＞この時、仕事をしたのは重力gではなく、質量mの物体、です。

これも重力下での話です。
無重力の宇宙空間で、「等速運動」をしながら「h だけ移動」しても、何の
仕事もしないし、エネルギーも変化しません。

なので、仕事をしたのは「物体」そのものではなく「物体に働く重力：mg」と考えるのが妥当だと思います。

物理における「仕事」とは
　「力の大きさ」×「その力の方向に移動した距離」
で定義されますから。


重力の下で物体を持ち上げるときには

・重力：下向き。なので「上に持ち上げた」なら「その力の方向に移動した距離」はマイナスになる。

・手の力：「上に持ち上げる」のだから実は「手の力 > 重力」なのだが、「準平衡状態（疑似的な静止状態）」を保って持ち上げるので、「手の力の大きさ = 重力」とみなす。「上に持ち上げた」なら「その力の方向に移動した距離」はプラスになる。

という関係です。
この場合に「『手の力』と『重力』の合力（逆向きであれば「差分」）」が仕事をしたと考えるのではないことに注意しましょう。


#3 さん＞なお、「重さmの物体を高さhに人が手で支え続けた」は、
仕事をしたことにはなりません。
#4 さん＞手で支えるのであれば握力も仕事に含まれなければおかしいね。

上の定義から、「その力の方向に移動した距離」がゼロなので、#3 さんのおっしゃるように「重力」も「手の力」も「握力」も仕事をしていません。

No.4 回答者： GOMΛFU 回答日時： 2023/07/19 18:33

手で支えるのであれば握力も仕事に含まれなければおかしいね。

No.3 回答者： angkor_h 回答日時： 2023/07/19 14:55

前者、位置エネルギーについて

仕事をしたのは、
「物体を手で支えながらゆっくりとh持ち上げた」です。
その結果、「物体はmghのエネルギーを得る。」のです。

なお、「重さmの物体を高さhに人が手で支え続けた」は、
仕事をしたことにはなりません。
「いわゆる業務上の仕事」と「物理法則における仕事」は違うのです。

「mgh」と言うエネルギーは、
自然落下によりh→0となった時に放出されます。
この時、仕事をしたのは重力gではなく、質量mの物体、です。

視点を間違えないようにしましょう。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2023/07/19 14:55

No.1 です。

ちょっと補足。

あなたの質問文「物体にした仕事によるエネルギーの変化」では

・物体にした仕事：「手の力」がした仕事か、「重力」がした仕事かで、180° 変わることは #1 に書いたとおりです。

・ここでいう「エネルギーの変化」とは「重力による位置エネルギー」のことだと思うので、こちらは「重力」に着目しています。


ということで、ここでは「手の力」が物体にした仕事に着目していると思うので、「手の力」が正の仕事をしたということは、「重力は負の仕事をした」「重力は仕事をされた」ということで、「重力のエネルギー（位置エネルギー）」は増加します。


摩擦力の場合には、「運動の方向と逆方向に摩擦力が働く」ので、摩擦力のした仕事は「運動」に対して「負の仕事」になります。従って、運動エネルギーは減少します。
摩擦力のした「正の仕事」は「摩擦熱」などになります。

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2023/07/19 14:39

「仕事」は「力」がするものであり、「力の向き」に動けば「正の仕事」です。

「手が重力に逆らって上に持ち上げる」ときには、
・手の力（上向き）は、上に移動したので「正の仕事」をしたことになり、
・重力（下向き）は、逆方向に移動したの「負の仕事」をしたことにになります。

「負の仕事をした」ことを「（正の）仕事をされた」とも言います。
日本語としてもそういうロジックになりますね。

重力は、「仕事をされた」ので「重力による位置エネルギー」が増えることになります。
外に仕事をしたらエネルギーが減る、外から仕事をされたらエネルギーが増える、という道理です。
上の言い方を使えば、「負の仕事をしたらエネルギーが増える」ということです。

「何が」（どちらの力が）「どちら向きに」ものを動かしたか、ということで「主語」や「仕事をした、された」あるいは「正の仕事、負の仕事」の表現が変わります。
言ってみれば「言葉の問題」です。


＞保存力、非保存力が関係してますか？

関係しません。
どんな力でも、上に書いた「力の向き」と「動かした方向」で決まります。
非保存力である「摩擦力」なども同じです。