物理基礎:位置エネルギー

<ポイント>
・「高い位置にある物体」がもつエネルギーを位置エネルギーという
・〔重力による位置エネルギー U 〕=mgh
・〔弾性力による位置エネルギー U 〕=(1/2)kx2
(1)位置エネルギー
「高い位置にある物体」がもつエネルギーを位置エネルギーといいます。
そのほか、ばねによって力を加えられている物体も位置エネルギーを持ちます。

高い場所から球を転がして、別の物体に衝突させると「当てられた物体が動く」ということから、高い位置に物体があるだけでエネルギーを持つと言えるのです。

位置エネルギーは、高い場所にいくほど大きくなり、その物体自身の質量にも関係しています。
より高い位置から球を転がしたり、より重い球に変えると「当てられた物体が動く距離が伸びる」。

(2)重力による位置エネルギー
基準面からの高さ h[m] にある、質量 m[kg] の物体がもつ重力による位置エネルギーは、
〔重力による位置エネルギー U 〕=mgh

位置エネルギーの大きさは、「物体自身の質量と、基準面からの高さに比例する」と覚えましょう。

また、「基準面からの高さ h」を用いて求める値なので、「基準面をどこに定めるか」によって位置エネルギーの大きさは変わります。

(3)弾性力による位置エネルギー
ばね定数 k[N/m] のばねが、自然長よりも x[m] 伸びたり縮んでいるとき、ばねにつながれた物体がもつ弾性力による位置エネルギーは、
〔弾性力による位置エネルギー U 〕=(1/2)kx2

「弾性力による位置エネルギー」は、「弾性エネルギー」ともいいます。

<補足>
「弾性力による位置エネルギー」は、伸びている場合も縮んでいる場合も「正の値」となります。
(縮んでいるからと「-」をつけないように注意)
<まとめ>
・「高い位置にある物体」がもつエネルギーを位置エネルギーという
・〔重力による位置エネルギー U 〕=mgh
・〔弾性力による位置エネルギー U 〕=(1/2)kx2

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

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