中3理科「力学的エネルギーの保存」と「エネルギーの保存」の違い

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中学3年の理科で、エネルギー移り変わりまで学習が終わると必ず出てくるのが、「力学的エネルギーの保存」と「エネルギーの保存」を混合してしまっている生徒です。意味が異なりますので、今回しっかりと確認しておきましょう。

「力学的エネルギーの保存」と「エネルギーの保存」

両者は名前が非常によく似ていますが、中身が全然異なります。しっかりと判別できると同時に、記述でもしっかりと書けるようになることが大切です。

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力学的エネルギーの保存

空気の抵抗や摩擦がない場合、位置エネルギーと運動エネルギーの和である力学的エネルギーは一定に保たれ変化しないのが力学的エネルギーの保存(力学的エネルギー保存の法則)です。

振り子の運動や斜面を物体が移動するような運動、自由落下運動などで成り立つ法則で、位置エネルギーと運動エネルギーが互いに移り変わることで成り立つ法則です。

このとき重要なのが、空気の抵抗や摩擦がはたらかないといった条件です。空気の抵抗や摩擦がはたらく場合、力学的エネルギーの一部が熱エネルギーなどに変換されてしまうからです。

力学的エネルギー

エネルギーの保存

すべてのエネルギーの移り変わりを考えると、その総量は一定で変化しないというのがエネルギーの保存(エネルギー保存の法則)です。

エネルギーは常に色んなエネルギーに移り変わります。でも最初にエネルギーが100Jあったとすると、そのエネルギーが運動エネルギーや音エネルギーや熱エネルギーなどに移り変わっても、その合計は元のエネルギー量の100Jと変わらないということです。

最終的にエネルギーは熱エネルギーとなって空気中に出ていってしまうので、移り変わりはしますが循環はしないことも覚えておきましょう。

エネルギーの移り変わり

エネルギーの保存 練習問題

  1. 空気の抵抗や摩擦がない場合、位置エネルギーと運動エネルギーの和が一定に保たれることを何というか。
  2. すべてのエネルギーの移り変わりを考えると、その総量が変化しないことを何というか。
  3. 振り子が元の高さまで上がってくる。これは何の法則で説明できるか。
  4. 力学的エネルギーの保存とは何か。簡潔に説明せよ。
  5. エネルギーの保存とは何か。簡潔に説明せよ。

解答

  1. 力学的エネルギーの保存
  2. エネルギーの保存
  3. 力学的エネルギーの保存
  4. 空気の抵抗や摩擦がない場合、力学的エネルギーが一定に保たれること。
  5. すべてのエネルギーの移り変わりを考えると、その総量が変化しないこと。

エネルギーの保存や移り変わりに関する入試レベル問題

エネルギーの保存は、エネルギーの移り変わりに関する問題に付随して出題されることが多くなっています。エネルギーがどんな装置でどのように移り変わっていくのか見破ることができるよう練習しておきましょう。
参考エネルギーの移り変わりに関する問題!点数が上がる高校入試理科問題

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