物理基礎の力学的エネルギーの問題について、 位置エネルギーは自分で0の点を決めていいようなものなんで

物理基礎の力学的エネルギーの問題について、
位置エネルギーは自分で0の点を決めていいようなものなんですか？
また決めていいとしたらどのようなことを基準にして決めるのですか？

No.5 ベストアンサー 回答者： masterkoto 回答日時： 2023/12/03 16:05

重力や万有引力による位置エネルギーの基準は

どこにしてもよいが、
どこを基準にしたかは示さないといけませんよ
そして、自分が扱い易いと思う位置を基準点にして考えるときに楽になるよにします
まあ、万有引力の基準は天体から無限に遠い位置、とするのが一般的ですね
弾性力(ばねの力)による位置エネルギーの基準は、振動の中心(バネが水平なら自然長]の位置です

この回答へのお礼

たくさんの回答ありがとうございました。
この回答が1番分かりやすかったためベストアンサーにさせていただきます

お礼日時：2023/12/03 21:17

No.7 回答者： e12mv2 回答日時： 2023/12/03 18:11

いいよ。

基準はいろいろあるけど最低限の要件は
「計算がもっとも楽になる点」
月ー地球系を考えるのに太陽や銀河中心を原点にしていては立式も計算も煩わしくてしょうがない。
でも地球の質点を原点にすれば月の高度だけを考慮すればよくなる。

無駄なことは避けるのが物理の精神である。

もう少し突っ込めば、この世界にはニュートンが想定していた「絶対空間」が存在しないことが、どこにでも原点にとって良い理由である。
銀河系内の天体の運動を考えるには銀河中心を原点に取るが、太陽系内の運動に限れば太陽を中心とすれば問題ない。
さらに地球上の物体の運動を論じるなら地球表面を基準に取る。
地上では銀河系天体や太陽の影響など微々たるものだからである。
無駄なことは避けるのが物理の精神である。

No.6 回答者： endlessriver 回答日時： 2023/12/03 16:54

1.　点電荷(質点)単独の場合

　点電荷の位置では発散するので取れない。点電荷からの距離
　a(>0)にとると
　　U={Q/(4πε₀)}(1/r-1/a)
　無限遠に取ると
　　U=Q/(4πε₀r)
　と簡単になる。

2.　重力の場合
　無限遠は発散するので取れない。評価対象となる位置の内と
　れでもよい。

3.　バネの時
　自然長のときにとれば、U=kx²/2 となり簡単。

4.　円筒に均一に分布した電荷の場合
　無限遠や球殻の中心では発散するから取れず、それ以外なら
　どこでもよいが、いづれの位置にも意味はない。だから通常
　は球殻の位置にとる。

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2023/12/03 16:05

「基準位置からの位置エネルギー」ですから、その「基準位置」をどこに定めてもよいです。

重力による位置エネルギーであれば、「海抜 0 m」を基準位置にしても、「現在立っている床の高さ」を基準位置にしても、テストの問題の「斜面の下の水平面」を基準位置にしても、「バネにおもりをつるしたときのおもりの高さ」を基準位置にしてもよいです。
ただし、一度基準位置を決めたら、その問題を解いている最中はその基準を変えてはいけません。

No.3 回答者： angkor_h 回答日時： 2023/12/03 15:42

位置エネルギーとは何か、を確認してみましょう。

エネルギーの基本的な式は、以下になります。
　E=(1/2)mv^2

位置エネルギーとは、
高さHにある質量mの物体が、
自然落下により、H=0の点で得る速度Vにより、
上式で得られるエネルギーを言います。
そして、H=0の位置は、通常は標高＝０を言います。

位置エネルギーと、
それが、H>0まで自然落下したときに取り出し得るエネルギー、
これは別に考えるのが普通です。
自然落下した後も、位置エネルギーを持っているのです。

No.2 回答者： あかさわ 回答日時： 2023/12/03 15:33

特に問題で指定がない場合、基準は自分で決めていいです。

最下点を基準にすればそこでの位置エネルギーは0になります。このように計算が楽になるように自分で基準を決めれば良いです。

No.1 回答者： mimon01 回答日時： 2023/12/03 15:31

任意に定めて構いません。

普通は、問題を解きやすくする位置に決めます。