位置エネルギー
関連問題
保存力
がある場合、
保存力に逆らって
外力
のする
仕事
を
位置エネルギー
と言う。
位置エネルギーの単位も
運動エネルギー
と同じく
[J]
になる。
解説
位置エネルギー
、即ち、
保存力
に逆らって
外力
のする
仕事
は、積分を使って書くと、
となります。
保存力
のする
仕事
とは、
の関係があります。
一次元で考える場合、
という関係のあることが知られています。このとき、
位置エネルギー
は、
という形をしています。
位置エネルギー
は、出発点と終着点の
位置
,
で決まり、
運動の経路には依存しない
、ということが特徴です。
運動の経路に沿って
保存力
が一定の値であれば、
力の大きさ
を
,
経路の長さ
を
s
として、
位置エネルギー
U
は、
となります。
位置エネルギー
は
基準にとる点を変えると異なる値
になります。一つの問題を解く間は、基準を定めて問題を解くように注意してください。
,
として、
位置
x
における
位置エネルギー
は、
です。
例1
質量
m
の物体に働く
重力
があるとき、基準の位置から
高さ
x
の位置における
位置エネルギー
は、
例2
自然長の位置から
x
だけバネを伸ばした位置での
弾性力
があるとき、
自然長の位置
(
)
を基準
として、
位置
x
での
位置エネルギー
は、
例3
質量
M
の物体から
距離
x
離れた位置にある
質量
m
の物体に働く
万有引力
があるとき、
無限遠を基準
として、
位置
x
における
位置エネルギー
は、
例4
電気量
Q
の
電荷
から
距離
x
離れた位置にある
電気量
q
の
電荷
に働く
クーロン力
があるとき、
無限遠を基準
として、
位置
x
における
位置エネルギー
は、
(
Q
,
q
は正負を考えます
)
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