エネルギーって何ですか？

Question

現在中３です。

最近理科の１分野でエネルギーについて勉強しました。

『エネルギー』＝『力を加えて、物体を動かしたり、変形させたり、壊したりする能力』と習いました。

さらに『運動エネルギー』『位置エネルギー』『力学的エネルギー』などいろんなことを習うたびにわけが分からなくなりました。

まず…



(1)エネルギーって何ですか？

先生に説明されたんですが、先生はわかーい女の先生で、あまり良く分からないんです。

(2)重力＝エネルギーなんでしょうか。

友達は「位置エネルギーのことじゃない？」って言ってるんですが、位置エネルギーって高さが高いほど大きくなるので重力も大きくなるってことになると思うので…考えたら考えるほどどつぼにはまってしまいます。

(3)静止している物体にはエネルギーは働いてませんよね？

(4)振りこの運動に関してですが、「エネルギーは互いに変換することができる」

？？？　運動エネルギーと位置エネルギーの駆け引きが分かりません。『力学的エネルギー保存の法則』により位置エネルギーと運動エネルギーの和は保存される（＝一定？）ということですが、力学的エネルギーって本当に一定ですか？

最後まで読んでくださってありがとうございます。

皆さんにとってはたやすい問題かもしれませんが、答えて下さったら幸いです。

chirubou · Accepted Answer

No.1 です。お返事いただけて嬉しいです。説明に誤りがあって気になっていたものですから。すいません、[重力]＝[力] ではありませんでした。重力が質量のある物体に働いた時に力になります。

で、今度は力とエネルギーですよね。地面に転がっている石は、地面を重力とその重さからくる力で地面をおしていますが、エネルギーを出したり消費したりましていません。人間がとても重いものを動かそうとして、結局動かなくても、人の感触としてはエネルギーを使ったような気がしますが、それはエネルギーではなく体力を消費しただけです。おっと脱線してしまいました。言いたかったのは、力は力、働かない（動かない）とエネルギーにはならないということです。

振り子に話を戻しましょう。振り子を動かすには、最初に重りを持ち上げますよね？この時にエネルギーが使われます。つまり No.2 さんのおっしゃる [力]×[距離]＝[仕事] であり、[力]=[重さ]×[重力] です。持ち上げられた重りは位置エネルギーを蓄えており、重力で下がり始めます。このとき、最初に持ち上げられたことで貯まっているエネルギーが運動エネルギーとして解放され、その結果として重りが下がるのです。

一番したまでくると今度は上らないといけません。この時は下がる時に蓄えられた運動エネルギーが、位置エネルギーに変換されます。そして運動エネルギーが全て位置エネルギーになった時、重りは止まり、それは一番高いところになる訳です。後はご存知の通り、これの繰り返しになる訳です。

SortaNerd · Answer

・熱いものと、冷たいもの。
・高いところにあるものと、低いところにあるもの。
・動いているものと、止まっているもの。
・燃料と、燃えカス。

何の関連性もないものに見えますが、ちょっと考えて見ましょう。

・上り坂を使えば、動いているものの速度を落とす代わりに、高いところに上げられます。
・ブレーキを使えば、動いているものの速度を落とす代わりに、摩擦で熱が発生します。
・自動車に燃料を入れれば、燃料が排気ガスに変わる代わりに、自動車を動かすことが出来ます。

何か道具を使うことによってそれぞれの持っている「状態」が入れかわることが分かるでしょう。
上り坂の例では「速度」が「位置」に。
ブレーキの例では「速度」が「熱」に。
自動車の例ではちょっと難しいですが、「物質が変化すること」によって「熱」ができています。

ということは、これらの「状態」をみな同じモノとして扱えないだろうか?
と、そう考えた偉い人が昔いたわけです。

…冷静に考えてみましょう。
「熱い」ことと、「上にある」ことがいっしょのことだと言った人がいました。
それは、変な人です。
バカと天才は紙一重とよく言いますが、こんなことを考えられるのはバカか天才かどっちかですね。まあ幸いその人は天才の方だったようです。

さて閑話休題。その人の考えた「モノ」の名は「エネルギー」。
・熱いものは、冷たいものより「熱エネルギー」が多い。
・高いところにあるものは。低いところにあるものよりも「位置エネルギー」が多い。
・動いているものは、止まっているものより「運動エネルギー」が多い。
・燃料は、燃えカスよりも「化学エネルギー」が多い。

そう考えるとあら不思議、いろんなことが簡単に表せるようになりました。
でも残念ながら、中3の段階では別に何も面白いことは表せません。そのうちあれもこれもエネルギーで考えられるようになって初めてエネルギーの面白さ、ありがたさが分かってくるんです。
ですから今は何となく心に留めておくくらいで十分だと思いますよ。
なにせ「熱いことと上にあることがいっしょ」だと考える人の言うことです。一発で分かったらあなたも変な人です。

qaz_qwerty_me · Answer

既に他の方が答えているのでアインシュタインの特殊相対性理論の解説本をお読みになって『物質とエネルギー』の関係を考えてみる事をお勧めします。　さらに進んで一般相対性理論まで読破できれば理系大学生レベルですよ ^ ^

　私も中３に特殊相対性理論の解説本を読んで凄いなぁ～と思い物理に興味を持ちました。　１円玉が全てエネルギーに変化されると莫大なエネルギーになり、その理論が元で原爆や原発が開発された事ですね。

tdpixy · Answer

＞(1)エネルギーって何ですか？

力に距離をかけたものを「仕事」と言います。（物理の用語です。）

[力]×[距離]＝[仕事]

これは、ある力で、ある一定距離を動かすことを言います。

この「仕事」をする能力の持つとき、「エネルギー」をもつと言います。

＞(2)重力＝エネルギーなんでしょうか
重力は「力」です。

＞(3)静止している物体にはエネルギーは働いてませんよね？
地上からある高さに物体があり、その物体が静止している時にもつエネルギーが「位置エネルギー」です。

＞皆さんにとってはたやすい問題かもしれませんが
いえいえ、物理を学ぶ者は皆、そこでつまづきます。
物理にはたくさんの法則があり、それらを全て論理的に導き出そうと思うと、高度な数学知識が要求されます。今は分からないことが多いかもしれませんが、諦めず、悩み続けるのもいいかもしれません。

chirubou · Answer

力とエネルギーを混同してますね。

(1) は後述。
(2) 重力は力であって、エネルギーではありません。
(3) エネルギーは「働き」ません。「ある／ない」ですね。力は働きます。
(4) 力学的エネルギー保存の法則ではなく、（力学なしの）エネルギー保存の法則ではないですか？

(2) ですが、中学の時の事を思い出しました。位置エネルギーの説明だったんですが、「高いところにあると『ポテンシャルエネルギーがある』と言う。これは高い所にあるとポテンと落ちる（落ちる時に実際のエネルギーが発生する）けど、未来に落ちるからシャル（shall !!!）なんだ」というくだらない駄洒落でした。

つまりはポテンシャルエネルギー（位置エネルギーはその一種）とは、他のエネルギーを生み出す可能性を示しているのです。

では、エネルギーとはなんでしょう？世の中は物質とエネルギーで構成されているのです。エネルギーはその保存則で、無くなったようにみえますが、実は他のエネルギーに変換されています。例をいくつか。

太陽電池：光→電気
ブレーキ：運動→熱
電球：電気→光
ロケット：化学→熱→運動
電池：化学→電気

振り子の例で、逆に考えてみましょう。もしエネルギーが一定でないとすると、減っていく場合は振り子の振幅は段々小さくなりますし、増える場合は大きくなります。地上の振り子は空気抵抗で振り子のエネルギーが風を起こしてしまう（空気の運動エネルギーになる）ので、振り子の振幅は小さくなりますが、エネルギーとしてに総体は一定です。真空の宇宙でやれば一定のままのはずです。

最後に興味深い事実を。先ほど「世の中は物質とエネルギーで構成されている」と言いましたが、実は物質もエネルギーも同じもので、形態が違うだけなのです。物質はほんの１グラムでも途方のないエネルギーに理論上変換できます。原爆や原子力（太陽も）はこの原理を応用しています。逆に、ビッグバンと呼ばれる宇宙の始まりは、文字通り天文学的な大きさのエネルギーだけの世界だったのです。

エネルギーって何ですか？

No.1 です。

・熱いものと、冷たいもの。

既に他の方が答えているのでアインシュタインの特殊相対性理論の解説本をお読みになって『物質とエネルギー』の関係を考えてみる事をお勧めします。

＞(1)エネルギーって何ですか？

力とエネルギーを混同してますね。

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　既に他の方が答えているのでアインシュタインの特殊相対性理論の解説本をお読みになって『物質とエネルギー』の関係を考えてみる事をお勧めします。