問1
運動エネルギーと位置エネルギーの和を何というか。
○ 熱エネルギー ○ 力学的エネルギー ○ 電気エネルギー ○ 化学エネルギー
問2
摩擦や空気抵抗が無視できるとき、力学的エネルギーがつねに一定に保たれることを何というか。
○ エネルギーの変換 ○ 力学的エネルギーの保存 ○ エネルギーの移動 ○ 運動の法則
問3
ジェットコースターが最高点アから下って最下点オへ向かうとき、運動エネルギーはどうなるか。
○ 小さくなる ○ 大きくなる ○ 変わらない ○ 0になる
問4
ジェットコースターが下り坂(最高点ア→最下点オ)を下るとき、正しいものをすべて選べ。
□ 位置エネルギーは小さくなる □ 運動エネルギーは大きくなる □ 位置エネルギーは大きくなる □ 運動エネルギーは0になる
問5
ふりこが最下点(基準面)を通るとき、運動エネルギーはどうなっているか。
○ 最小(0) ○ 最大 ○ 途中の大きさ ○ 位置エネルギーと等しい
問6
ふりこが最高点(両端)にあって一瞬止まるとき、運動エネルギーはいくらか。数字で答えよ。
答え:( ) (速さが0になる)
問7
実際のジェットコースターが、出発した最初の高さまで戻ってこられないのはなぜか。「摩擦力」「熱」などの言葉を使って説明しよう。
答え:( )
📖 解答と解説
問1
答え:力学的エネルギー
運動エネルギーと位置エネルギーの和を「力学的エネルギー」という。2つのエネルギーは、どちらもジュール(J)という同じ単位ではかることができる。
問2
答え:力学的エネルギーの保存
摩擦や空気抵抗が無視できる場合、運動エネルギーと位置エネルギーは移り変わっても、その和(力学的エネルギー)は運動のどこをとっても一定に保たれる。これを「力学的エネルギーの保存」という。
問3
答え:大きくなる
下るにつれて速さが速くなるので、運動エネルギーは大きくなる。同時に高さは低くなるので、位置エネルギーは小さくなる。
問4
答え:位置エネルギーは小さくなる / 運動エネルギーは大きくなる
下り坂では、高さが低くなるので位置エネルギーは小さくなり、速さが速くなるので運動エネルギーは大きくなる。位置エネルギーが運動エネルギーに移り変わっている。
問5
答え:最大
最下点では速さが最も速いので運動エネルギーは最大になる。このとき位置エネルギーは0(基準面を0とした場合)で最小になっている。
問6
答え:0
最高点では速さが一瞬0になるので、運動エネルギーは0。このとき高さが最も高く、位置エネルギーは最大になっている。
問7
答え:(キーワード:摩擦力・空気抵抗・熱・音・失われ)
実際には、力学的エネルギーの一部が摩擦力や空気抵抗によって熱や音のエネルギーに変わって失われるため、力学的エネルギーは保存されず、最初の高さまで戻ることはできない。