エネルギー保存則を「位置エネルギー・運動エネルギー・弾性エネルギー」の組み合わせシミュレーションで理解しよう！[物理入門]

2021-06-24　

前回までのシミュレーションの発展として、「位置エネルギー・運動エネルギー・弾性エネルギー」3つを組み合わせたシミュレーターを用意しました！
　
3つになってもエネルギー保存則が成り立つことを理解しましょう！

エネルギー保存則の解説

エネルギー保存則とは、「運動エネルギー」「位置エネルギー」「弾性エネルギー」の合計が常に一定に保存されるという法則です。各エネルギーの定義は↓の通りです。

運動エネルギー

質量m、速度vの物体のエネルギーは
\( \displaystyle \large U = \frac{1}{2}mv^2 \)

位置エネルギー

高さhにいる物体のエネルギーは
\( \displaystyle \large U = mgh \)

弾性エネルギー

自然長からx変異しているバネのエネルギーは
\( \displaystyle \large U = \frac{1}{2}kx^2 \)

この2つの合計値は常に一定の値になるんです！

エネルギー保存則

\( \displaystyle U = \frac{1}{2}mv^2 + mgh + \frac{1}{2}kx^2 = 一定 \)

それでは自由落下とバネ運動の動きで、「運動エネルギー」「位置エネルギー」「弾性エネルギー」がどう変化するか実験してみましょう！

前提

操作方法

3つのエネルギーの合計が一定となり、常に変わらないことを確認しましょう！

初期y

300

バネ定数

3.0

質量m

1.0

経過時間 : 0.0 秒

速度v : 0.0 m/s

位置エネルギーを青色,運動エネルギーを赤色,弾性エネルギーを緑色で示しています

再生速度

1.0

↑このバーで再生の速度変更・一時停止ができます
　

まとめ

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5．位置エネルギー・運動エネルギー・弾性エネルギーの保存則(本記事)