中3理科「位置エネルギーと運動エネルギー」エネルギーとは？

中学3年理科。今日はエネルギー、「位置エネルギー」と「運動エネルギー」について学習します。

• レベル★★☆☆
• 重要度★★☆☆
• ポイント：質量や高さ、速さとの関係

エネルギーとは？

エネルギーとは、他の物体に仕事をする能力のことです。

もっと簡単にいうと、動いている物体にぶつかったり、熱いものに触ったり、電流が流れている導線などに触るとダメージを受けます。このダメージをあたえる能力をエネルギーといいます。ダメージをあたえられるということは何かしらのパワーを物体が持っています。これをエネルギーというのです。

位置エネルギー

高い場所にある物体が落下して自分にぶつかると、ダメージを受けます。手元にある鉢植えは怖くありませんが、3階のベランダに置いてある鉢植えには恐怖を感じます。これは、高い場所にある物体がエネルギーを持っているためです。この高い場所にある物体が持つエネルギーを、位置エネルギーといいます。

●位置エネルギーは高さに比例する。
●位置エネルギーは質量に比例する。

位置エネルギーは高さと質量に比例します。高ければ高いほど、質量が大きければ大きいほど、落下してきた物体にぶつかったときの衝撃は激しくなります。

解答6cm
質量が2倍、高さが3倍になっているので、2×3＝6倍釘が食い込みます。

運動エネルギー

止まっている車は怖くありませんが、動いている車はぶつかるとものすごい衝撃を受けます。交通事故です。命を落とすことさえあります。この動いている車が持つエネルギーを運動エネルギーといいます。

●運動エネルギーは質量に比例する。
●運動エネルギーは速さの2乗に比例する。

交通事故を考えた場合、どういう車にぶつかると激しい事故になるでしょうか。それは、質量が大きいほど、速さが速いほど激しい交通事故になるはずです。つまり、運動エネルギーは、物体の質量に比例し、速さの2乗に比例するのです。

速さの2乗に比例するとは、速さが2倍になれば運動エネルギーは2²倍で4倍、速さが3倍になれば3²倍で9倍になるということです。

解答12倍
質量が3倍、速さが2倍になっているので、3×2²＝12倍