✨ ベストアンサー ✨
応用問題ってどんなのですか？
例えば、問3がわからなかったとかであれば、エネルギーじゃなくて、その前の物体の運動の節の話になりますよね。そこは理解できてますか？あと、問1や2は応用問題ではなく、基本だと思います。それらが全てできないとなると基本が怪しくなってきますが、そこらへんもできなかったんですか？
力学的エネルギーとかがよく分からなくて...
一回基本からやり直した方がいいですよね？
苦手ならやり直すのは当然です。この時期ならば、すでに入試を意識した3年分のってる問題集を買って、毎日やっておくのが理想です。で、そこであまりできなかった部分は、時間があるとき、実力テストや模試の1週間前にもう一回やり直してみたりするのが理想です。余裕があるならば、力の単元をすべてやり直す方がいいですね。
以下、簡単に(長いけど)まとめてみました。
(仕事とエネルギーについて)
仕事...どれくらいの力を加えたことでどれくらい移動したかを表す量
物理は覚えるよりイメージと理屈が大事です。より大きな力をずーっと加えたら物体はもちろん仕事は大きくなるという考えがつくんじゃないでしょうか。
仕事をW[N・m],加えた力をF[N],加えた力と同じ向きにどれだけ移動したかを表す移動距離をx[m]とすると
仕事W[N・m=J]=力F[N]×移動距離x[m ]
このときポイントは
①単位を意識すること
それぞれの単位はNとmであり、そのかけ算をしているので仕事はN・mが単位です。しかし、これだと長ったらしいのでこれをJ[ジュール]という単位を作り、仕事の単位はJとします。
②向き(中学で出てくるか微妙)
加えた力のうち、移動距離と同じ方向の力だけを考えます。例えば、右上向き30°になるように糸をつけて10Nで引っ張ったところ右向きに3m動いたとする。このとき、この物体の仕事はW=Fs=30Jとしてしまいたくなるが、❌。実際にこの物体を右向きに動かすのに使われた力は、30°を垂直方向と水平方向に分解したときの水平方向の力だからです。だから、三平方の定理で分解して考えてやります。これもイメージで、例えば引っ越し業者のバイトをするとして、家からトラックまで荷物を運びますよね。家からトラックまでが考える移動の向きです。(続きあり)
写真で仕事のイメージできたかと思います。写真でとり忘れてますが、C君タイプは負の仕事で、-Fc x [J]ですね。
エネルギー...相手に対して仕事をする能力
仕事の定義は、どれだけの力でどれだけ動かせるかでした。だから、エネルギーは、その物体がどれだけの力を与えてそれによりどれだけ移動させる能力をもつのかということを表しています。例えば、キャッチボールをしたときに、豪速球の球をキャッチしたらそれだけ手に力が加えられて後ろにグググっと押されます。それは、まさしくこのボールがエネルギーを持っているということです。もちろん単位は仕事と同じJですね。
おそらく、運動エネルギーと位置エネルギーというのを習ったと思います。運動エネルギー
さっきの例でいうと豪速球とゆるい山なりのボールだとどっちがエネルギーが大きいでしょうか。もちろん、豪速球です。また、鉄球が転がってきて自分に当たったときと軽いピン球が転がってきて当たったときではどっちが衝撃が大きいでしょうか。(体積は同じと見なしてください。)もちろん鉄球です。小人がいくらタックルしても痛くもかゆくもないのも、軽いからです。すなわち、重ければ重いほど大きなエネルギーをもつし、はやけりゃはやいほど大きなエネルギーを持つということです。本当は詳しい導出過程がありますが、まだ、高校内容の等加速度直線運動の式を習ってないはずなので結果を覚える形となります。質量m[g]速さvの物体がもつ運動エネルギーは1/2 m v^2で求められます。これもイメージで覚えましょう。(中学でこの式は習わないかもですが、重ければ重いほど、早ければはやいほどという知識を詰め込むぐらいなら覚える方がいいと思います。)
位置エネルギーですが、正しくは重力による位置エネルギーですね。これも、米俵がスカイツリーの上から落ちてくるのと、ゴムでできたぷよぷよしたあの子供用のボールが自分の1m上から降ってくるのでは、米俵の方が危険ですね。重いし高いからです。これは、詳しい導出はまだできませんが9.8mhで求まります。伸びにくいバネを縮めれば縮めるほど威力がすごいという弾性力による位置エネルギーというのもありますが、これは省きます。
これら3つのエネルギーの和を力学的エネルギーといいます。そして、これらの3つのエネルギーの和は、運動前と運動後で外力に仕事を加えられない限りは一定です。これを力学的エネルギー保存則といいます。(外力に仕事をされるとは、例えば、摩擦力によって仕事をされてエネルギーが減ってしまうなどの場合。この場合は、運動前より運動後の方がエネルギーは小さくなる。このように、外力が仕事をするとエネルギーは一定ではなくなる。たぶん中学では保存する場合がほとんどで、この場合は直接聞かれない。)
例えば、ふりこの運動であれば、運動前の初期位置の状態では、最下点を基準とすると高くなっているため、重力による位置エネルギーを持っている状態で、運動エネルギーは速さv=0のため0です。この状態で手を離すと、力学的エネルギー保存則から、最下点では位置エネルギーが0になるものの、運動エネルギーが大きくなっていて、結論的に物体がもつ力学的エネルギーは運動前後で等しくなります。(厳密には、糸が物体を引く力が外力として加わっているが、これは運動方向に対して常に垂直なので、この力が物体にした仕事は0になる。)
仕事率と仕事の原理の話忘れてました。
仕事率は、どれくらいの力でどれくらい移動させたかを表す仕事を、どのくらいの時間をかけてやったかを表します。当然、同じ仕事でもかかってる時間が異なれば、その仕事の効率は違うわけで、引っ越しの例だと、同じ距離を同じ力の大きさで移動させたとしても、ゆーっくりとやるやつとぱぱっとやるやつだと、前者はただの時給泥棒で後者の方が効率よく優秀です。この仕事の効率を表すのが仕事率です。定義でいえば、1s間にした仕事なので単位はJ/sです。しかし、これもJ同様、長いのでWという単位を作って、単位はWとしています。
仕事の原理は、動滑車の例が多く用いられます。より距離を短くするためには多くの力を要するし、力を少なくしたら距離が長くなるということです。急な坂と緩やかな坂を考えてやるとわかりやすいです。例えば、上に1m上げるとき、急な坂だとすぐに1mまで達しますが、その分しんどいということです。
解説ありがとうございます🙇♀️🙇♀️
一回復習してからもう一度取り組んでみます！
色々助かりました...!!!
なんかごめんなさい、これかいたのが、通学の電車の中で暇なんで書いたんですけど、今見たら読みたくなくなるような量ですよね...。読んでくれると嬉しいですけど、別に読まなくてもいいです...
いやいや！！！
とても分かりやすかったです！！
こういうのです！！
答えは友達に聞いて所々書いてるのですが
一回も解けたことがなくて.....