運動エネルギー

運動エネルギーは運動のエネルギーです。 これは、大きな物体の運動(巨視的運動エネルギー)、または小さな原子および分子の運動(微視的運動エネルギー)であり得る。 巨視的な運動エネルギーは「高品質」のエネルギーであり、微視的な運動エネルギーはより無秩序で「低品質」である。”

重力ポテンシャルエネルギー、運動エネルギー、ばねエネルギーの相互作用を示すatポテンシャルエネルギーで遊ぶシミュレーションがあります。 下のシミュレーションは、運動エネルギーと重力ポテンシャルエネルギーの間でエネルギーがどのように前後に流れるかを示し、さらに下の別のシミュレーションは、摩擦が巨視的な運動エネルギーを微視的な運動エネルギーにする方法を示しています。

回転運動エネルギーは、物体が回転することから来る運動エネルギーの一形態でもあります。

巨視的運動エネルギー

これは観測が最も簡単であるため、最も明白なエネルギー形式です。 これは動く物体が持っているエネルギーです。 物体が大きいほど、またはより速く動くほど、それはより多くの運動エネルギーを持っています。 ポテンシャルエネルギーと巨視的運動エネルギーの和は力学的エネルギーと呼ばれ、保守的な力だけ(非保守的な力はない)が存在するとき、システムに対して一定のままである。

運動エネルギーは、次の式を使用して計算されます:

  • Eはエネルギー、ジュール(J)で測定
  • mは質量、キログラム(kg)で測定
  • vは速度、メートル/秒(m/s)で測定)
  1. 移動する物体がより多くの質量を有するほど、それは同じ速度でより多くの運動エネルギーを有するであろう。 2000kgの車が14m/sで移動すると、1000kgの車が同等の14m/sで移動するのと同じくらいの運動エネルギーを持ちます。
  2. この式の速度項は二乗されているため、速度は運動エネルギーに及ぼす質量よりもはるかに大きな影響を与えます。 同じ質量の別の車の2倍の速度で移動する車は、22倍または4倍の運動エネルギーを持つことになります。 基本速度の3倍で移動する車は、元の運動エネルギーの32倍または9倍になります!

巨視的な運動エネルギーを利用するいくつかの方法は次のとおりです。

風力発電は、動く空気(風)が持つ運動エネルギーを利用し、それを電気に変 風自体は、大気と海洋が太陽によって加熱され、冷却されるにつれて、熱エネルギーの変化の複雑なパターンによって最初に作成されます。 (太陽は実際には物体を冷やすことはありませんが、太陽は常に地球上の物体に輝くことはありません!)

水力発電は、滝や水力発電ダムで流れる水の運動エネルギーを利用します

潮汐発電は、潮汐により前後に動く水のエネルギーを利用します

PhET:Energy skate park

コロラド大学は、以下のPhETシミュレーションを使用することを優雅に許可しています。 このシミュレーションでは、重力ポテンシャルエネルギーと運動エネルギーがどのように前後に移動するかを確認しますが、機械的エネルギーは同じです。 機械的エネルギーが失われて熱エネルギーに変わることに注意してくださいが、エネルギーの総量は同じままです:

微視的運動エネルギー

熱エネルギー(温度)は それは、オブジェクト自体が動いている全体のエネルギーではなく、オブジェクト内の原子や分子の運動、回転、振動の総エネルギーです。 空気のようなガスまたはガス混合物では、個々のガス粒子の動き(および回転)がこのエネルギーを構成します。 固体では、テーブルのように、熱エネルギーは原子または分子の振動として存在する。 全熱エネルギーにはいくつかの原子型のポテンシャルエネルギーも含まれていますが、粒子の運動エネルギーは最も焦点を当てるのが最も簡単です。 物体の温度は、その全微視的運動エネルギーによって決定される。

微視的な運動エネルギーのすべてを有用な仕事に変えることはできませんが、熱機関は熱エネルギーの一部を得て有用な仕事に変えることができます(これは熱力学の第二法則によって制限されていますが)。

PhETシミュレーション

コロラド大学は以下のPhETシミュレーションを優雅に使用することを許可しました。 このシミュレーションでは、巨視的な運動エネルギーが微視的な運動エネルギーになる方法を探ります。

運動エネルギーの詳細については、超物理学を参照してください。

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