No.6ベストアンサー
- 回答日時:
>>エネルギーkg・m=1kgfの力が力の方向に物体を1m動かすときの仕事
というような言い方は 物理学ではあまりしませんが、できるだけわかりやすく説明してみます。
まず、1kgf というのは 1kgの荷物を持つ(支える)力という意味です。f:force 力 の頭文字です。 1kgw、1kg重と書くこともあります(高校までの教科書では1kgw、1kg重と書きます)。
エネルギーkg・m= これは 正しい表現ではありません。
正確には kgf・m またはkg重・m と書きます。
これは1kgfの力で何かを1m動かした(運んだ)仕事量です。
仕事=力×距離 の公式です。
ところで、力の大きさは先ほどkgfなどと書きましたが、じつはもう一つの書き方があるのです。それがN(ニュートン)です。
では1ニュートンとは何kgfかというと、
1N=0.102kgf、 あるいは 9.8N=1kgf です。
このあたりからややこしくなりますね。なぜ2とおりの表し方があるのでしょうか?
これは、 力 とは何かということを考えたときに2とおりの見方がvできるからなのです。
1つは重たいものを持ち上げることができる能力 これはすぐ分かりますね。1kgのものを支えることができたら1kgfの力持ち です。
ところで、今度は、大きな車がここにあるとしましょう。これを押したら動き出す。つまり、力にはものの速度を増やすことができる、そういうはたらきがあります。つまり、力は、物体に加速度を生じさせる能力とも考えられる。 そこに注目して、1kgの物体に1m/s^2の加速度を生み出させる力を1Nとよびましょう というわけです。
ではどうして1kgf=9.8Nなのか。
1kgの物体を高いところから落とすと9.8m/s^2の加速度で落下します。自由落下といいます。つまり、地球には1kgの物体に9.8の加速度を生み出す力がある(引力)。
ところで、1kgfの力があれば1kgの物体を支えることができますね。つまり1kgfの力は1kgの物体の、9.8の加速度を阻止できる。 だから、1kgfの力は9.8Nの値打ちがある、ということなのです。
書いているうちに だんだんしんどくなりました。読んでくださっている方もしんどいでしょうから、ここまでにしておきます。
話を戻しますと、
1kgf・mの仕事というのは1kgfの力で1m物体を運ぶときの仕事量です。ニュートンを使うと 9.8N・m です。
ところで、1N・m のことを1J とかきます。
このJは仕事の単位です。 そしてこれはエネルギーの単位でもあるのです!! またまた複雑ですね。
仕事=エネルギー ここがポイント
あるいは エネルギー=他のものに対して仕事をする(潜在)能力ともいいます。
やっと 核心に近づいてきました。
自動車(軽四900kg)が時速100km/hで走っているときのエネルギー
運動エネルギー=(1/2)mv^2 と表されます。m車の質量、v速さ
ですから、この軽自動車の運動エネルギーは 694000Jになります。(100km/h=27.7m/sと換算します)
ではこのエネルギーとは何なのか。これはこの軽自動車が他のものに対してできる仕事の量でもあるということです。
具体的にいうと、今、この自動車がこのスピードで走っています。目の前に、大きな荷物が置いてあります。車はそのままの勢いで荷物にぶつかってずるずると荷物を動かして最後は止まりますね。
こんなとき、物理学学者は「車は荷物を運んだぞ、車は仕事ができたんだ!!」というのです。
つまり、走っている車は、自分の運動エネルギーをつかって、仕事ができる。つまり、運動エネルギーとは外部に対して仕事をする潜在能力だ、というわけです。
これが、車のエネルギー(仕事をする潜在エネルギー)なのです。(実際には摩擦熱や車が壊れるのにエネルギーの一部が使われたりしますので100%が有効に使われるわけではありませんが)
一番最初というか、弾丸に戻りますと、弾丸の運動エネルギーが体の組織を壊す(力を加えて組織を動かす、破壊する)のに使われたということです。そして弾丸は止まった。運動エネルギーを組織の破壊に使い切ったということです。
材質、形が同じならば速度が大きく、口径が大きいほど殺傷能力が高い。
同じ口径速度ならば、鉛よりプラスチック弾(密度小さい、軽い)の方が殺傷能力が小さい・・・・
というありきたりな結論がよろしいかと・・・・・
弾丸の回転エネルギーはは大きな要素でしょうが私には計算する力はありません。
No.8
- 回答日時:
1kgは、9.8Nの重さなの。
1kg・m=1kgf=9.8N
じゃーなんで1Nは10倍の
1kgms^2の加速エネルギーがあんの?
ねー。
ねーなんで?^^;
真空でやっちまったからだぅ。
地表では9.8倍するか良く考えるんだぅ。^^
No.7
- 回答日時:
#5の者です。
再びお邪魔します。誤記がありましたので、訂正します。
まちがい
その3
床との動摩擦力が小さい条件で、(重さ不明の)物体を、床と水平方向に1m押したり引きずったりして加速したとき、
その仕事は1kgf・m
訂正後
その3
床との動摩擦力が小さい条件で、(重さ不明の)物体を、床と水平方向に1kgfの力で、1m押したり引きずったりして加速したとき、
その仕事は1kgf・m
(「1kgfの力で」を書き忘れていました。)
なお、
#6さんのご回答を見て気になりましたが、
質問者さんが求めているのは、
「時速100km/hで"走っているとき"のエネルギー」ですよね?
自動車の速さをゼロから100km/hにするための仕事や運動エネルギーではなく、
100km/hの一定速度を維持するための仕事(率)であると解釈して、前回回答しました。
No.5
- 回答日時:
1kg・mと書くより、1kgf・mと書くほうがよいですね。
>>>
エネルギーkg・m=1kgfの力が力の方向に物体を1m動かすときの仕事、という意味が分かりません。
この場合、物体とは1kgの重さのものという意味ですか?力の方向とはどっちの方向なのでしょうか?
色々考えられますよ。
その1
重さ1kgの物体を重力に逆らって地面と垂直に1m持ち上げたとき、
その仕事は1kgf・m
その2
(重さ不明の)物体を、床との動摩擦力1kgfで床と平行に1m押したり引きずったりしたとき、
その仕事は1kgf・m
その3
床との動摩擦力が小さい条件で、(重さ不明の)物体を、床と水平方向に1m押したり引きずったりして加速したとき、
その仕事は1kgf・m
>>>
例えば、自動車(軽四900kg)が時速100km/hで走っているときのエネルギーを例にとって説明をお願いします。
この場合、力の方向、物体、とは何を指すのでしょうか?
100km/hで走行しているときの、摩擦力等(空気抵抗、地面とタイヤの摩擦、機械的摩擦、エンジンブレーキ)が、総合して、F[kgf]であるとしましょう。
すると、1時間当たりにする仕事は、F×100km です。
つまり、時間を確定させないと、仕事の量も確定しません。
このような場合は、あくまでも1時間当たりにする仕事で考えます。
F×100km/h = F[kgf]×100000[m]÷1時間[hr]
= (F[kgf]×9.8[N/kgf]×100000[m])÷3600[s]
= (F×9.8×100000[J])÷3600[s]
= 272F[W]
272×Fワットの仕事率です。
No.4
- 回答日時:
私も中学校の理科で、仕事=力×距離 という公式を教えられ、ずっとそのまま覚えて今日に至っておりますが、力と重量を混同すると、意味が分からなくなります。
[仕事]=[静止している物体を動かすために必要な外力]×[移動距離]です。力は物体の重量ではありません。通常は摩擦力です。
方向は、一般的には力を加えた同じ向きに物体は動きますが、レールに乗っている貨車を押す場合は、力の向きに関わらず、貨車はレールの向きに動くので、力の成分のうちレールと同じ向きの成分だけを有効な力とします。
摩擦が無い場合でも、重力に逆らって上向きに動かした場合は、この式で説明が出来ます。この場合は外力がなした仕事は位置エネルギーとして保存されます。
貴方が説明を求めている自動車は、あえて言うと、[タイヤの摩擦力と向かい風の力]×[移動距離]=[エンジンの為した仕事]となりますが、伝達機構の損失なども含めると複雑すぎて、本問の事例としては相応しくありません。 自動車の重量はタイヤの摩擦力に、時速は風圧に関係しますが、直接的には計算上は無関係です。
No.2
- 回答日時:
元理系です。
物理学専攻でした。過去の産物ですが、うろ覚えの知識を出してみます。エネルギー1kgf・mは、1kgの物体を1m動かすときに必要となるエネルギー(仕事量)です。
おっしゃってる例ですと、「力の方向」は「自動車の進行方向」、「物体」は「自動車」ですね。仮に1時間走ったとするとそのときの自動車を動かしたエネルギー(仕事量)は
900(kgf)×10000(m)=9000000kgf・m
になります。
自動車が例ですと、自動車が自分で動いてる感じがするのでイメージとは違うかもしれません。エンジンが自動車を動かしていると考えた方がイメージに近いです。
エンジンが自動車を100km動かしたときのエネルギー(仕事量)は
9000000kgf・mだ。と言った方が正しいですかね。
No.1
- 回答日時:
>エネルギーkg・m=1kgfの力が力の方向に物体を1m動かすときの仕事
1Jが1Nで1m動かす仕事です
N:ニュートンは力ですので、F=maとなります。
慣性の法則がありますので、力を加えないと物体は動きません。
>物体とは1kgの重さのものという意味ですか
何kgでもかまいません
>力の方向とはどっちの方向なのでしょうか?
力の向きはどうでも良いです。
>物体とは何のことを言っているのでしょうか?
質量のあるものです。
>例えば、自動車(軽四900kg)が時速100km/hで走っているときのエネルギー
この場合は、運動エネルギーとして、mV^2/2 となります。mは質量
もちろんエンジンは、タイヤの転がり抵抗や、風の抵抗、その他もろもろの抵抗に打ち勝つだけの仕事をしてます。
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