熱の正体は、分子の振動!よく解りました。
では、分子を振動させるエネルギーの正体とは
一体なんなのでしょうか?分子が振動させるた
めには、どのような作用が働くのでしょうか?
エネルギーって、言葉自体が漠然としていませ
んか?イメージ出来ません。ぜひ又、ご教示を!

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A 回答 (5件)

エネルギーというのは、簡単に言うと”潜在能力”といっていいと思います。

つまり、「エネルギーが在る」とは、「何かをし得る能力が在る」と翻訳できると思います。でも、直感的には「何かをする」には「何らかの力が働く」と考えるのが普通でしょうね。

で、おたずねの件の「分子を振動させる作用」ですが、このように考えたらどうでしょう?

化学結合している2原子分子、A-Bが真空中に在るとします。イメージ的には、バネでつながった2つの球を考えて下さい。
このままでは、振動は”しない”はずで、A-B 間の距離も変化しないでしょう(原子は大きいので、零点振動は無視しますね)。この時のA-B 間の相対位置を基準位置とします。この分子にとっては、この相対位置が安定なのです。

この分子が振動するには、何らかの力が必要です。叩いてもいいし、どうにかして分子中の電子分布を変化させてもいい。そのような何らかの力によって初速度?をもった分子は、”基準位置に戻ろう”とします。つまり、分子は何らかの力を受けたため安定でなくなり、”安定になろうとする能力”、すなわち”エネルギー”を受けたことになります。あとは振り子の場合と同じで、「運動エネルギー」と「位置エネルギー」の交換が起き続けることになります。これが振動の原理ということになります。まあ、巨視的な振動と基本的には同じですね。

最初の初速度は何によってもたらされたのかは、たぶん宇宙誕生と関わりが在ることなのでしょうね。そちらは専門ではないので、代わりにこのような分子の振動が変化する場合はどういう場合かついて2つ述べましょう。

まず一つは、atsuotaさんと同じく、分子間の衝突が上げられますね。

もう一つは、光(=電磁波;分子の振動に対しては、赤外線)によるものです。これは、分子が荷電粒子(電子・陽子)の集合体であるためで、それらと電磁波における”(振動)電場”とが相互作用します。
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この回答へのお礼

 いつも皆様には、速攻でご回答いただきましてありがとうございます。心よりお礼申し上げます。
 なぜだろう?と言う疑問が心のどこかに起きますともう
夜も眠れぬ位、と言うほどではありませんが、何かもやもやして落ち着かない気持ちになってしまいます。学生の頃であれば教えてくれる先生方も沢山いましたが、社会にでるとこれがなかなかで、教えを請う機会もありませんし、また、恥ずかしくもありでと疑問が一向にが解決しません。つまりは思いは募るばかりなのです。
 こんな質問恥ずかしくて!なんて気持ちを悟られないで皆様にご教示を乞えるのは素晴らしい!今後とも、よろしくお願いします。
                   かめら

お礼日時:-0001/11/30 00:00

もしかして、質問者のkameraさんは「振動させ続けるためには、エネルギーを与え続けなくてはならない」と思っているのでは?

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この回答へのお礼

 いつも皆様には、速攻でご回答いただきましてありがとうございます。心よりお礼申し上げます。
 なぜだろう?と言う疑問が心のどこかに起きますともう
夜も眠れぬ位、と言うほどではありませんが、何かもやもやして落ち着かない気持ちになってしまいます。学生の頃であれば教えてくれる先生方も沢山いましたが、社会にでるとこれがなかなかで、教えを請う機会もありませんし、また、恥ずかしくもありでと疑問が一向にが解決しません。つまりは思いは募るばかりなのです。
 こんな質問恥ずかしくて!なんて気持ちを悟られないで皆様にご教示を乞えるのは素晴らしい!今後とも、よろしくお願いします。
                   かめら

お礼日時:-0001/11/30 00:00

き、きましたね…


「エネルギーとは何か」ですか…

一般的な定義としては
「運動の元となるもの」
です

「車の運動に例えると、運動するための燃料がエネルギーに当たる」と言った人がいます

私が以前「エネルギーって何?」と不意に聞かれて、とっさに答えたのは
「え~と、運動を商品に例えると、その商品(運動)を買うためのお金(エネルギー)かな」
でした
○大きな買い物をするにはたくさんお金が必要
○大きな運動をするためにはエネルギーがたくさん必要
どうでしょう、以前はこれで納得してもらえたんですが、kameraさんは納得できました?

また、エネルギーでなぜ分子が振動するのかは、私の記憶が正しければ「詳しくはわかっていない」です
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この回答へのお礼

 いつも皆様には、速攻でご回答いただきましてありがとうございます。心よりお礼申し上げます。
 なぜだろう?と言う疑問が心のどこかに起きますともう
夜も眠れぬ位、と言うほどではありませんが、何かもやもやして落ち着かない気持ちになってしまいます。学生の頃であれば教えてくれる先生方も沢山いましたが、社会にでるとこれがなかなかで、教えを請う機会もありませんし、また、恥ずかしくもありでと疑問が一向にが解決しません。つまりは思いは募るばかりなのです。
 こんな質問恥ずかしくて!なんて気持ちを悟られないで皆様にご教示を乞えるのは素晴らしい!今後とも、よろしくお願いします。
                   かめら

お礼日時:-0001/11/30 00:00

あくまでもイメージです。



まずエネルギーというのは、”もの”ではないので、その正体は?といわれても、困ってしまいます。

そこでおおざっぱなイメージですが(大体中学から高校向けかな?)分子は丸い球をイメージしてください。
まず箱があります。そこには分子=球がいっぱい入っています。この箱に外から別の球を何回も、沢山ぶつけます。すると、箱がぐらぐら動き出して、その中にある球もだんだん動き始めます。これが分子の振動になるわけです。例えば、箱は「氷」で、中に入っている球は「水の分子」というわけです。

振動のエネルギーというのは、上のイメージで想像されるように、動き回るときに持っているエネルギー(運動エネルギー)です。
自然界には「エネルギー保存の法則」というのがあり、簡単にいうと、「誰かがエネルギーをなくすと、その分を他の人がエネルギーをもらう、またはどこかに出て行く」逆にいえば、「誰かがエネルギーを増やすには、他の誰かからその分のエネルギーをもらうことになる」ということです。
上の例で見たように、ある分子Aが振動を始めるきっかけは、別の分子Bとの衝突です。
分子Bが動き回っていて、Aにぶつかったときに、Bはスピードが落ちます。つまり運動しているエネルギーが減ってしまったのです。ではその減った分のエネルギーはどこにいったかというと、逆にAが振動をはじめて、その運動のエネルギーに、またAとBが衝突したとき周りに放出する熱のエネルギーに変わっているわけです。
2つの球をぶつける実験は中学や高校でもやるかと思います。(球じゃなくて台車かも知れませんが、同じことです。)自動車事故とかをイメージしてもいいかもしれませんね。止まっている自動車Bに暴走自動車Aが突っ込んでくる。AとBが衝突し、Bは跳ね飛ばされて、Aはゆっくりスピンしながら止まる。あたりには大量の炎と熱がまき散らされる。ここでも自動車Aの持っていた運動のエネルギーがなくなり、逆に跳ね飛ばされて動いている自動車Bの運動のエネルギーが増え、残った差額のエネルギーはあたりに熱のエネルギーとしてまき散らされたのです。

だいぶ長くなってしまいましたが、こんなものでイメージできましたでしょうか。
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この回答へのお礼

 いつも皆様には、速攻でご回答いただきましてありがとうございます。心よりお礼申し上げます。
 なぜだろう?と言う疑問が心のどこかに起きますともう
夜も眠れぬ位、と言うほどではありませんが、何かもやもやして落ち着かない気持ちになってしまいます。学生の頃であれば教えてくれる先生方も沢山いましたが、社会にでるとこれがなかなかで、教えを請う機会もありませんし、また、恥ずかしくもありでと疑問が一向にが解決しません。つまりは思いは募るばかりなのです。
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                   かめら

お礼日時:-0001/11/30 00:00

明確なイメージにはならないと思いますが、このことだけ


は認識してください。
 まず、物質すべてのものがエネルギーをもっています。
 次に、そのエネルギーは物質によって違いがあります。
で、エネルギーの高い物質から低い物質へと変化するとき
その差(高-低)分だけのエネルギーを熱や光などのかた
ちで放出するのです。この例には燃焼現象があります。
例えば、木(太陽エネルギーの蓄積物)が燃えると、二酸
化炭素や水などに変化して、熱や光を出す現象です。ここ
で使用された、酸素と木のエネルギー合計から、二酸化炭
素や水などの排出された物質のエネルギー合計をひいた差
の分だけエネルギーが放出されます。もちろん、火を付け
るという活性化エネルギーが必要になるのですが。
この逆はたぶん中学校で行ったと思いますが、水の電気分
解です。エネルギーが低い水がエネルギーの高い水素と酸
素に変化します。この分だけ電気エネルギーを使用するわ
けです。
 また、このように考えたらいかがでしょう。高いところ
にある物=高いエネルギーをもつ。低いところにある物=
低いエネルギーをもつ。高いところからは自然に落ち、
高いほどスピードが速くなる。逆に低いところから高いと
ころへの移動には、そこまで上げるという仕事が必要だ。
この仕事もエネルギーなのです。
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この回答へのお礼

 いつも皆様には、速攻でご回答いただきましてありがとうございます。心よりお礼申し上げます。
 なぜだろう?と言う疑問が心のどこかに起きますともう
夜も眠れぬ位、と言うほどではありませんが、何かもやもやして落ち着かない気持ちになってしまいます。学生の頃であれば教えてくれる先生方も沢山いましたが、社会にでるとこれがなかなかで、教えを請う機会もありませんし、また、恥ずかしくもありでと疑問が一向にが解決しません。つまりは思いは募るばかりなのです。
 こんな質問恥ずかしくて!なんて気持ちを悟られないで皆様にご教示を乞えるのは素晴らしい!今後とも、よろしくお願いします。
                   かめら

お礼日時:-0001/11/30 00:00

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Q熱の正体と熱が生じる原因

熱とは原子分子の運動の強さの統計的な量だと教授に教わりました。
ここで疑問なのですが、どういった過程で分子が運動をする事によって熱が生じるのでしょうか。よく分子同士が衝突し合う事でエネルギーが散逸して熱が発生すると言われている気がしますが、なぜ運動エネルギーが損失した分が熱に変わるのがよく分かりません。

手のひらで机の上を素早くこすると摩擦熱が生じて熱く感じますよね。机をこすりながら動く手の運動エネルギーに対して運動の邪魔をする摩擦力の仕事分が熱に変わるというのは、摩擦力の仕事が手のひらの分子に伝わり、手のひらの分子の運動が激しくなった結果熱を感じたという事でしょうか?
だとすると、分子同士の衝突も物体間の摩擦力も運動エネルギーの変化の過程で熱が発生する原因が分かりません。
それとも熱とエネルギーは同義で分子同士で運動が干渉する時、各分子が持つエネルギーの受け渡しの際にお釣りというか手数料として機械的に熱に変わる物としか説明できないのでしょうか?


エネルギーという分子の運動状態を表す、計算によって求められた概念が一体どのようにして現実世界で直接熱を生み出すのでしょうか。
誰かご教授お願いします。

熱とは原子分子の運動の強さの統計的な量だと教授に教わりました。
ここで疑問なのですが、どういった過程で分子が運動をする事によって熱が生じるのでしょうか。よく分子同士が衝突し合う事でエネルギーが散逸して熱が発生すると言われている気がしますが、なぜ運動エネルギーが損失した分が熱に変わるのがよく分かりません。

手のひらで机の上を素早くこすると摩擦熱が生じて熱く感じますよね。机をこすりながら動く手の運動エネルギーに対して運動の邪魔をする摩擦力の仕事分が熱に変わるというのは、摩擦力の...続きを読む

Aベストアンサー

難しく考えすぎておられるように思います。
>どういった過程で分子が運動をする事によって熱が生じるのでしょうか?

分子が運動をする事によって熱が生じるのではなく、分子が運動をする事自体が熱の正体なのです。
つまり

地上にあるあらゆる物体は熱を持っていて、その物体の分子が運動している(から熱を持って居る)ことの証拠なのです。

運動エネルギーにはいろいろあって、その内部の分子の動きでもあり、物体自体が一定の方向へ動くのも運動エネルギーです。その動いている物体が何か別の物体に当たって停止する時に、その運動エネルギーが熱エネルギーに変換することもあります。お互いに変換が可能だということです。
仰る摩擦エネルギーが熱エネルギーに変わるときに起る状況は、かなり説明が難しい現象ですが、相対的にこすれあって動く時の物体同士の境界での分子同士が微細な運動を強いられる時に起る物理的電気的な作用が熱に変わるのだと思われます。
上記のような物理的な状況が
>分子の運動状態を表す、計算によって求められた概念
として単純化して数学的に表現されるということです。

ご参考になれば。

難しく考えすぎておられるように思います。
>どういった過程で分子が運動をする事によって熱が生じるのでしょうか?

分子が運動をする事によって熱が生じるのではなく、分子が運動をする事自体が熱の正体なのです。
つまり

地上にあるあらゆる物体は熱を持っていて、その物体の分子が運動している(から熱を持って居る)ことの証拠なのです。

運動エネルギーにはいろいろあって、その内部の分子の動きでもあり、物体自体が一定の方向へ動くのも運動エネルギーです。その動いている物体が何か別の物体に当たっ...続きを読む

Qなぜ熱をかけると分子の運動が激しくなるのですか。

熱をかけると分子が激しく運動するようになるというのは電子が関係していることなのでしょうか。

Aベストアンサー

>固有振動数と共鳴のような関係なのでしょうか。

まさしくその通りですね。
マイクロ波の振動数は、水分子の回転の固有振動数に一致し、
赤外線領域の振動数は、水分子内のO-H結合角の固有振動数に一致し、
可視光~紫外線領域の振動数は、電子の励起の固有振動数に一致するわけです。ちょっとイメージの異なる電子の励起を含めて、すべて共鳴現象と考えてよいと思います。

Q運動エネルギーが摩擦により熱エネルギーに変換させることについて

 運動エネルギーが摩擦により減少するのは、摩擦力が仕事をしたためであると思っておりました。その際に摩擦により熱が発生することはイメージできるのですが、なぜ摩擦により熱が発生するのかその理由がわかりません。
 質問1:摩擦により運動エネルギーが減少するのは、(1)摩擦力による仕事のため、(2)熱が発生するため という理解で宜しいのでしょうか?
 質問2:なぜ、摩擦により熱が発生するのかその理由がわかりません。木と木をこすり合わせても熱が発生しますよね。木の場合、こすり合わせることで細胞が分子運動をするということなのでしょうか?
 おかしな質問かもしれませんが、どうか宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

 
 
>> 摩擦で物体側のエネルギが減るのは、摩擦が負の仕事だから、物体は負の仕事をされたから減るのは当たり前。 <<

 です。力学的エネルギの最初の定義は、「力とその方向に移動した距離の積」 ですね。

     物体
     ■移動方向→
     ←摩擦力ベクトルの向き(物体基準)

向きが反対だから掛けるとマイナス。この計算は実際の現象と一致してますね。ところが床の方は、

        物体から受ける力の方向(床基準)
         →
      ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄床

マクロな視点では動いてるものが無い! 上記の「最初の定義」で示せない。そのため従来は「たぶんこうだと言うお話」を導入してました。学生が疑義を向けても「信じろ」と語気が強くなるだけでした‥‥誇張して言えばそういう事です。 その「お話」はこんな実験↓などを支えにしてました。ジュールはビール会社の御曹司だそうです。
http://physics.uoregon.edu/~courses/dlivelyb/ph205/syllabus_fig.gif

 「エネルギは絶対に収支決算が不変なはずだ」というのは熱力学の方で得られた確信なのですが、実は現在でもまだ経験則、まだ一度も破れたことのない経験則でしかないのです。上記の「予想のお話」とおなじレベルなのです。 上記の摩擦の方は、実証責任をこっちの方に任せただけの状況です。 現在は摩擦の実態が原子レベルで観察できるようになりましたが、そこでもエネルギ保存則の反証は見あたらないようです。

なので、

>> 減少した移動物体のエネルギが、結局は力学的エネルギは保存されていると説明されてもなかなか理解できません。 <<

 こう言われても正直どうしようもないです。「今のところ破れたことはありませんので‥」と歯切れ悪く言うしかないです。
( こう仮定すれば保存則が成り立つ、という仮定はあるんですが、その仮定の立証が‥という責任先送り状態です。)


>> ここでの熱エネルギは、摩擦による負の仕事全てが変換したのか一部か?

 エネルギの変遷は熱が主ですが全てではありません、「長男一子相伝」みたいに熱だけになるのではありません。例えば熱と化学変化が共に可能な状況なら両方の変化が起きます。金属結合は当たり前に起きます。金属の棒が曲がりっ放しになるようなミクロな組織の永久変形の形にもなり得ます。表面が削りはがれる永久変形もあります。電気エネルギにもなるのは摩擦電気の文字の通りです。固体では分子原子は動き回れず多くの場合なにがしかの微細な結晶構造になってます、よく「この前の大地震の前に岩盤が割れた光が見えた」とか噂話がありますが、結晶は壊れるときそれなりに光を出します、氷砂糖での実験などは定番です。
http://www.geocities.jp/take_sh2002/jikkenn/easy/koori.htm
http://portal.nifty.com/koneta05/09/10/02/
意外性を追うと切りがないですね。
( 摩擦で何に変わるかの話と、熱力学的エントロピの話(巡り巡って最後はすべて熱平衡へ‥という説話)を混同しないでください。)


>> 熱エネルギになる場合は、摩擦面の原子運動が大きくなり、運動物体からのエネルギの一部が変換したものでしょうか? <<

 ( 化学変化などのエネルギ放出源が無いものとして) その通りです。エネルギ保存則が破れてなければ熱になるエネルギの源は運動物体由来しかありません。ただ、分子や原子の何がどうなるのかの詳細はくどい話が必要ですが、振動になります。個々の原子がブルブル揺れてるようなイメージでお考え下さい。



 余談;
物理学を独学されてるとのこと、頑張ってください。摩擦つながりでこんなQ&Aもあります。
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1822250
学習は、細大漏らさず緻密に後略しようと思わず、ある程度ラフに進んでは戻りを繰り返すのが良いです。細部にこだわって停滞すると熱を失うきっかけにもなりますので。 さらりと過ごしてる所をほじくると実は底無しだったというのが至る所にありますんで、それ全部を埋めつつ進むのは無謀ですから。実際、理系の学生は追われまくって飛び石で進んでまして、骨組みがしっかり落ち着いて肉が付いて来るのは歳を経てからです。これはどの分野でもそうです。モノにするには長く興味を持ち続けること(熟成期間)が必要です。
 
 

 
 
>> 摩擦で物体側のエネルギが減るのは、摩擦が負の仕事だから、物体は負の仕事をされたから減るのは当たり前。 <<

 です。力学的エネルギの最初の定義は、「力とその方向に移動した距離の積」 ですね。

     物体
     ■移動方向→
     ←摩擦力ベクトルの向き(物体基準)

向きが反対だから掛けるとマイナス。この計算は実際の現象と一致してますね。ところが床の方は、

        物体から受ける力の方向(床基準)
         →
      ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄...続きを読む

Q「光」自体が「熱」を生み出しますか?

★初歩的っぽい質問ですいません。
例えば、光源となる機械またはランプが発熱することは考えないとして、めちゃめちゃ強い光をひたすら同じ場所に当て続けると、「光」自体のせいで熱が発生して、光を当てられた側の温度が上がるって事はありますか?
☆「光」自体が熱を発生させる事ができるのでしょうか?よろしくお願いします。

Aベストアンサー

レーザーシステムを研究していた者です。回答者の方々のアドバイスが質問者の方にとって一寸難しいようですね。
光と言っても色んな光があります。音には、超音波と言って私たちの耳では聞き取れない領域の周波数がありますね。光にも同じように、私達の目に見える領域(可視光域)の光、他には紫外光、赤外光など目に見えない領域の光があります。
その一つにレーザー光があります。光は基本的には電磁波(携帯電話等に使用されている電波)の1種です。周波数が2兆Hz以下の物を電(磁)波、それ以上の物を光と言います。
レーザーについては、皆さんある程度情報はあるかと思いますが、鉄等を瞬時に溶融出来ます。材木などは焦げ目を付けずに穴を開けることは造作もありません。
つまり、光で被加熱物を加熱できます。

Q熱とはなんですか?

熱とはなんですか?

温かいものと冷たいモノを接触させておくと、両方とも同じ温度になろうとします。
熱とは一体、なんなのでしょうか?
電気などと同じく、目に見えない物質なのですか?
それともまだ解明されてない物理現象なのでしょうか?

色々調べてみましたが、難しくて良く分かりませんでした・・・
端的に分かりやすく教えていただけませんでしょうか?

Aベストアンサー

分子の振動または運動量(気体の場合)です。
物体を構成する分子が、最外殻電子同士で運動量(エネルギーの
最小単位である光量子)を交換し合う(電気的な反発)することで、
運動量を伝達する=熱が伝わるのです。
固体の場合は、互いに拘束し合っているので、その位置での
振動が熱であり、振動が伝達する形で熱伝導します。
気体の場合、分子が自由に飛び回っているので、振動がそのまま
「飛び回る」速さにつながり、その運動量が大きくなればぶつかる
圧力も大きくなるので、温度が上がると圧力も上がるのです。
液体は、引き合ってくっついていますが固定はしておらず、加熱
して振動の運動量が増し、「引き合っている」力より大きくなると、
飛び出して気体になります(沸騰)。

「冷たいものと温かいものを接触させると同じ温度になる」というのは、
運動量が平均化されるだけで、ランダムな現象(エントロピー増大)
に過ぎません。
「ランダムな現象に過ぎない」というのは、水に赤インクを落とすと
混ざってピンクになりますが、箱の中に赤と白のボールを3個ずつ
入れて振ると、だいたい混ざりますが、左右に紅白が分かれる事も
しばしば起きます。
要するに、ピンクの水が赤インクと透明な水に分かれる可能性は、
全くない訳ではなく、ただ、状態の数が非常に多い中の1つなので
なかなか起きないだけなのです(それぞれの状態を識別できれば
どの状態も1/状態の数)。
その一例が、水分子が液体としての拘束を逃れて、気体として
飛び出すためには、100度になる必要があるのですが、コップの
水は徐々に蒸発していきます。
ランダムに運動量のやりとりの中で、たまたま100度の運動量を
超えるものが出て、飛び出しているのです。

分子の振動または運動量(気体の場合)です。
物体を構成する分子が、最外殻電子同士で運動量(エネルギーの
最小単位である光量子)を交換し合う(電気的な反発)することで、
運動量を伝達する=熱が伝わるのです。
固体の場合は、互いに拘束し合っているので、その位置での
振動が熱であり、振動が伝達する形で熱伝導します。
気体の場合、分子が自由に飛び回っているので、振動がそのまま
「飛び回る」速さにつながり、その運動量が大きくなればぶつかる
圧力も大きくなるので、温度が上がると圧力も上がるの...続きを読む

Q四次元というのはどんな世界ですか?

そもそも我々の住んでいる世界は三次元ですか、四次元ですか?
三次元の世界とは縦横高さのある空間の世界だと思います。
これに時間の概念を足せば四次元になるのでしょうか?
我々の世界にも時間があるので、四次元といってもいいのでしょうか?
それとも四次元とは時間とは無関係の世界なのでしょうか?
あるいは時間と空間を自由に行き来できるのが四次元なのでしょうか?

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>そもそも我々の住んでいる世界は三次元ですか、四次元ですか?

4次元であると考えると都合がいいというのが
現段階の結論です。

 100年ほど前、スイスのチューリッヒ工科大学
のミンコフスキー教授が物理学的な4次元の理論というのを
考えました。物理的な計算をするのに、縦、横、高さ
方向以外にもう1つ方向があるとして計算すると
うまく計算できることがあるというもので、
彼の教え子の一人が、4次元時空の理論と
して有名な相対性理論を完成させた、アルバート・
アインシュタインでした。
 彼は、リーマンという数学者が作った、
曲がった空間の幾何学(現在リーマン
幾何学と呼ばれています)を使い、4次元の
空間が歪むという状態と、重力や光の運動を
あわせて説明したんです。これが相対性理論。

>これに時間の概念を足せば四次元になるのでしょうか?

 物理学的にはそうです。

 相対性理論の話に関連付けて説明するとこんな感じです。
例えば、下敷きの板のような平面的なもの(数学的には
これを2次元空間と言ったりします)を曲げると
いう動作を考えてみて下さい。下敷きに絵が書いて
あったとして、曲げながらそれを真上から見て
いると、絵は歪んで見えます。平面的に見て
いても下敷きという2次元空間が歪んでいる
ことが感じ取れます。
 2次元的(縦と横しかない)な存在である下敷きが
歪むには、それ以外の方向(この場合だと高さ方向
ですが)が必要です。

 19世紀に、電気や磁気の研究をしていた学者たちが、
今は小学校でもやる砂鉄の実験(紙の上に砂鉄をばら撒いて
下から磁石をあてると、砂鉄が模様を描くというやつです)
を電磁石でやっていたときに、これは空間の歪みが
原因ではないかと直感したんです。
 電磁石の強さを変えると、砂鉄の模様が変化します。
これを砂鉄が動いたと考えず、砂鉄が存在して
いる空間の歪みが変化したのでは?と考えたんです。

 3次元の空間がもう1つ別な方向に曲がる。
その方向とは時間という方向だということを
証明したのが、相対性理論だったんです。


>あるいは時間と空間を自由に行き来できるのが四次元なのでしょうか?

 4つ目の方向である時間は、存在していても
その方向に、人間が自由には移動する方法は
現在ありません。時間方向を自由に動ける機械と
いうのは、タイムマシーンのことなんですが。

 日常生活を考えてみたとき、縦、横といった
方向は割りと自由に動けます。1時間ちょっと
歩けば4kmくらい楽に移動できますが、
道路の真中で、ここから高さ方向に
4km移動しろと言われたら、人力だけでは
まず無理でしょう。
 飛行機やロケットといった道具が必要と
なります。
 時間方向というのは、このように存在していても
現在のところ自由に移動できない方向なんです。

 例えば、人間がエレベーターの床のような
平面的な世界に生きているとしましょう。

 この場合、高さ方向を時間と考えて下さい。

 エレベーターは勝手に下降しているんです。
この状態が、人間の運動と関係なく、時間が
経過していく仕組みです。

 人間もほんの少し、ジャンプして高さ
方向の移動に変化をつけることができます。

 同様に時間もほんの少しなら変化をつける
ことができます。

 エレベーターの中で、ジャンプすると
ほんの少し下降を遅らせることができる
ように、時間もほんの少し遅らせることは
できるんです。




 

>そもそも我々の住んでいる世界は三次元ですか、四次元ですか?

4次元であると考えると都合がいいというのが
現段階の結論です。

 100年ほど前、スイスのチューリッヒ工科大学
のミンコフスキー教授が物理学的な4次元の理論というのを
考えました。物理的な計算をするのに、縦、横、高さ
方向以外にもう1つ方向があるとして計算すると
うまく計算できることがあるというもので、
彼の教え子の一人が、4次元時空の理論と
して有名な相対性理論を完成させた、アルバート・
アインシュタイン...続きを読む

Q分子の固有振動数について

分子にはそれぞれ違った固有振動数があると聞いたことがあります。
たとえば水分子はマイクロ波の周波数に固有振動数をもつため、電子レンジで水が温まんですよね?
では、具体的にそれは何Hzなのでしょうか?
さらに、その他いろいろな分子(原子同士の結合など)の固有振動数を知りたいのですが、そういうデータの参照先をご存知の方がいらっしゃいましたらお教えください。

Aベストアンサー

分子について振動といえば普通は赤外を吸収して結合が伸縮したり、変角したりすることを指します。水分子の基準振動はOHの対称伸縮(両サイドに伸びたり縮んだり)が3655cm^-1, OHの逆対象伸縮(一方が縮み、一方が伸びる)は3756 cm^-1,H-O-Hの結合角度の変角が1595 cm^-1です。液体の水ならそれぞれ3210, 3430, 1650 cm^-1です。
マイクロ波は赤外より波長が長く、寧ろ分子の回転の領域です。水分子は104.45°の二等辺三角系型でOがマイナス、Hがプラスに分極しており、電子レンジのように交番電場がかかったときに、分子はプラス側にOが行くように追随します。この時のいわば摩擦でものが温まります。

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Q双極子モーメントの求め方について

薬学1回生です。有機化学の教科書で、双極子モーメントというものがあるのですが、求め方がよくわかりません。教科書にはμ=q×r(q:電荷、r:両電荷間の距離)と書いてあります。
いったいどこを見て電荷や両電荷間の距離がわかるのですか?表などがあるのでしょうか?
お分かりの方がいらっしゃいましたら、詳しく教えていただけるととてもありがたいです。

Aベストアンサー

>いったいどこを見て電荷や両電荷間の距離がわかるのですか?表などがあるのでしょうか?

薬学1回生ということなので、これからいろいろ知識を獲得していかれることと思います。さて、直接的な答えにはなりませんが、参考URLの「電気陰性度と極性」のところは一読の価値があると思います。また、次のサイトも覗いてみてください。簡単な分子の双極子モーメントが与えられていたり、分子の形と双極子モーメントの関係などが載っています。
 http://www.keirinkan.com/
   ↓
  化学(2)
   ↓
 共有結合によって結びついた物質
以上、ご参考まで。

参考URL:http://www.shse.u-hyogo.ac.jp/kumagai/eac/chem/lec6-2.html


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