運動とエネルギー（物体の運動、仕事と力学的エネルギー）
運動とエネルギー
物体の速さ・加速度、距離-時間グラフと速さ-時間グラフ、力と運動、仕事と力学的エネルギー保存を扱う。グラフの傾き・面積を読み、仕事やエネルギーを計算する。
規則
- 速さ=距離÷時間。一直線で速さが一定なら等速直線運動、速さが変わるなら加速度がある。
- 速さ-時間グラフの傾きは加速度、面積は移動距離を表す。距離-時間グラフの傾きは速さを表す。
- 力がはたらかない、または力がつり合うと、物体は静止または等速直線運動を続ける。これを慣性という。
- 仕事W=F×s。力と移動方向が垂直なら仕事は0。仕事率P=W/t。
- 運動エネルギーK=1/2 mv²、重力による位置エネルギーU=mgh。摩擦や空気抵抗がなければ力学的エネルギーは保存される。
- 摩擦があると力学的エネルギーは熱や音に変わるが、全体のエネルギーは保存される。
例題
質量2 kgの物体を3 m持ち上げる仕事はW=2×9.8×3=58.8 J。g=9.8 N/kgを使う。静かに持ち上げた場合、加えた力は重力とつり合う。この物体を高さ3 mから落とすと、位置エネルギー58.8 Jが運動エネルギーに変わり、1/2×2×v²=58.8からv≒7.7 m/sになる。
失点しやすい点
速さと速度を同じにする、グラフの傾きと面積を逆に使う、仕事率と仕事を混同する、力がはたらいていても移動がなければ仕事は0であることを忘れる、摩擦で力学的エネルギーが「消える」と書く、などに注意する。