エネルギーを考える意味

4月から機械科の大学生になったものです。

今、自分でエネルギーのところを勉強し直しているのですが高校時代からずっと疑問に思っていたことがエネルギーを考える意味です。

図書館で10冊くらいエネルギーのところが書かれた書籍をめくってみたのですが、どれも運動方程式を積分し、これを運動エネルギー、仕事と定義する。
といったようなことしか書いてありません。

このエネルギーとやらを考えることでどんな意味があるのでしょうか？

それとも定義であるから、「そういうものだ」と受け入れるより他ないのでしょうか？

教えてください

No.8 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/04/16 20:17

＞「力」を変位で積分したものは、「ポテンシャルエネルギー」になります。

質問の答えじゃありませんが、これ「ポテンシャル」は余分。
「保存力」以外は変位で積分してもポテンシャルにはなりません。

で、質問に戻ると、エネルギーは系全体の振る舞いを記述するための
便利な道具くらいに考えて置いたほうがよいです。哲学的な納得のゆく
解はありませんが、解析力学を学ぶとその便利さを実感できます。

この回答へのお礼

そうなのですね
あまり深入りしすぎないでとりあえずは便利な道具と捉えておこうと思います

ありがとうございました❗️

お礼日時：2017/04/16 20:19

No.7 回答者： puyo3155 回答日時： 2017/04/15 01:01

人間がその概念を定義したかのような回答もありますが、違いますよ。

学問的にはそうであれ、実態は違う。エネルギーはこの世の本質です。
運動エネルギー、熱エネルギーなど、形を変えても、エネルギーは保存される。そして、質量もエネルギーと等価である。

我々の体や、まわりのものの質量の９９％は、強い力によって、原子核に閉じ込められた結合エネルギーです。

つまり、全てはエネルギーなのです。なぜ最初に存在したのかは、分からないが、それが、さまざまに形を変えて、ものや現象として、人間に理解されるってことですね。

力学エネルギーが、電磁気学的エネルギーが、・・・・などは、その現象を記述する方法を、単に人間が発見しただけで、そのまえから、エネルギーは存在する。
概念ではなく、本質です。

No.6 回答者： yhr2 回答日時： 2017/04/13 14:15

エネルギーは、人間が考え出した概念です。

熱であったり、ポテンシャル（たとえば重力場での高さ）だったり、運動（重さと速さから決まる）だったり、いろいろな「見え方」をするものを、「共通の概念」で考えようとしたものです。その「等価性」を考えると「一定に保存される」ということになります。自然に「そうなっている」というよりも、「そうなるように定めた」ということです。

力学的には、エネルギーとは「力」を変位で積分したものです。「重いもの」を「どれだけ動かしたか」ということ。そう「仕事」です。
その他、熱力学的、電磁気学的などにも定義できますが、その間の「互換性」「等価性」を理論的・実験的に定めています。その相互間を埋めるもの、たとえば「力学」と「熱力学」の間をつなぐ「統計力学」なども存在します。
これらの間の関係、たとえば仕事の単位「ジュール」と熱量の単位「カロリー」との関係は、「熱の仕事当量」として実験的に求められています。決して理論的に「自明のもの」ではありません。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E3%81%AE …

ちなみに、「力」を変位で積分したものは、「ポテンシャルエネルギー」になります。
「力」を時間で積分したものは「運動量」です。運動量も人間が考え出した概念ですが、運動を論じるときには重要な概念です。この「運動量」を「速度（変位の時間微分）」で積分すると「運動エネルギー」になります。結果的に「ポテンシャルエネルギー」と等価なものとして「保存」されます。

まあ、こんな「概念」だということで。「エントロピー」などよりは直感的にわかりやすいと思います。

No.5 回答者： ROKABAURA 回答日時： 2017/04/13 12:11

あの「仕事」に関する部分は　確かにあまり実感がなかった。

でも　「運動エネルギー」はわかる。
何かを加速したり　衝撃や振動を与えたり　発光や分裂や　とにかく使用用途はいっぱいある。

これらが等しいって事で計算できるのだから　何やら不思議な感じもするのだが　頭でイメージすると　確かにつながっている。

だから物理って面白いんだなあ。
日常生活で使う機会が　あまりないけどね。
「こういうのは出来るだろうか」ってのを考えるのに使えるんだなあ。

「遠くの○○国に　レールガンで質量１００ＫＧの物質を打ち込むには　かかる電気エネルギーと加速能力は　どのくらい必要か」とか
「大気圏外にまで垂直に１ｔの物を運ぶには　どのような方法が一番効率的か」とか。

まあ脳の遊びみたいなのも多いけどね。

No.4 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2017/04/13 11:52

物理や工学ではエネルギー保存則が重要で、これが無いと解けない問題が続出する。

エアコンで冷えるのも、この法則で成り立っている。

No.3 回答者： ナッキーナッキー 回答日時： 2017/04/13 11:31

エネルギーを考える意味は、所謂「エネルギー保存則」にあります(^^)

つまり、エネルギーが保存すると言うことは、エネルギーが何らかの”本質的な量”である事を意味しているということです(◎◎！)

元々は力学から出てきたものですが、最初はあまり意識されていなかったようですね(－＿－)
エネルギーが意識されてきたのは１９世紀頃からではないでしょうか。
まず、質問にもあるとおりに、仕事とエネルギーを定義してしまうと、
条件を満たせば「力学的エネルギー保存則」が成り立つ事が分かったと言うことですね(^^)
その後、イギリスの物理学者マックスウェルは、力学をベースとして電場・磁場のエネルギーを決めました。
これが、「場」にたいするエネルギーの最初のものかも知れません（ただし、万有引力は除きます）。
もちろん、電磁気学のエネルギーは力学がベースになっているので、力学的エネルギーと電磁気学のエネルギーは相互に関係しあうことになります。
また、熱と力学的エネルギーの関係も、ジュールの実験により関係付けられたんですね・・・こうして、エネルギーと様々なものが関係付けられていく事になります。
極めつけは、ネーターという数学者が発見した「ネーターの定理」かも知れません(^^)
これは、（「場」に）対称性があれば、その対称性に対して保存量が存在する事を示したものですが、
その一つに「エネルギー」があるんですね(◎◎;)

このように、エネルギーは様々なものと結びついて、しかも「保存則」が成立するから重要だと言うことです(^^)

例えば、お金の金額が”保存”しなかったら、財布の中のお金が勝手に増えたり減ったりすることになり、
多分そんなことが起こったら、経済はメチャメチャになるでしょね(^^;)
例えが悪いですが、何かが”保存”するって、大切な事だと理解して頂ければよいと思います(^^)

う～ん、参考にならなかったかも知れませんねぇ～(^^;)
そのときは、お許し下さいね(－人－)

この回答へのお礼

うーむ、難しいですね笑
細かな情報まで提供してくれてありがとうございました❗️

またよろしくお願いします

お礼日時：2017/04/13 12:15

No.2 回答者： mainas5656 回答日時： 2017/04/13 11:05

エネルギーは仕事をする事の出来る能力です。

単位は熱量です。
運動しているものは必ず熱を持つからです。
運動そのものが温度と言うわけです。

日常でエネルギーの計算をすることはないので
考える必要はありません。
四則演算出来れば問題なく生きていけます。

No.1 回答者： fxq11011 回答日時： 2017/04/13 11:05

エネルギーが具体的な力、運動の形になった場合だけの話です。

それに縛られていて、E＝ｍC²なんかでてくるのかな？。
エントロピー増大の法則なんてのもあるように聞いています、利用価値のないエネルギだそうです。
運動方程式を積分し、・・・関係あるのかな？。