エネルギーkg・m

質問

エネルギーkg・m=1kgfの力が力の方向に物体を1m動かすときの仕事、という意味が分かりません。
この場合、物体とは1kgの重さのものという意味ですか？力の方向とはどっちの方向なのでしょうか？　
物体とは何のことを言っているのでしょうか？　分かりやすく教えてください。
例えば、自動車(軽四900kg)が時速100km/hで走っているときのエネルギーを例にとって説明をお願いします。
この場合、力の方向、物体、とは何を指すのでしょうか？

回答No.6

noname#40706 · ベストアンサー

＞＞エネルギーkg・m=1kgfの力が力の方向に物体を1m動かすときの仕事

というような言い方は　物理学ではあまりしませんが、できるだけわかりやすく説明してみます。
まず、１ｋｇｆ　というのは　１ｋｇの荷物を持つ（支える）力という意味です。ｆ：ｆｏｒｃｅ　力　の頭文字です。　１ｋｇｗ、1kg重と書くこともあります（高校までの教科書では１ｋｇｗ、１ｋｇ重と書きます）。

エネルギーkg・m=　　これは　正しい表現ではありません。

正確には　ｋｇｆ・ｍ　　またはｋｇ重・ｍ　と書きます。

これは１ｋｇｆの力で何かを１ｍ動かした（運んだ）仕事量です。
仕事＝力×距離　の公式です。

ところで、力の大きさは先ほどｋｇｆなどと書きましたが、じつはもう一つの書き方があるのです。それがＮ（ニュートン）です。
では１ニュートンとは何ｋｇｆかというと、

１Ｎ＝０．１０２ｋｇｆ、　あるいは　９．８Ｎ＝１ｋｇｆ　です。

このあたりからややこしくなりますね。なぜ２とおりの表し方があるのでしょうか？

これは、　力　とは何かということを考えたときに２とおりの見方がｖできるからなのです。
１つは重たいものを持ち上げることができる能力　　これはすぐ分かりますね。１ｋｇのものを支えることができたら１ｋｇｆの力持ち　です。

ところで、今度は、大きな車がここにあるとしましょう。これを押したら動き出す。つまり、力にはものの速度を増やすことができる、そういうはたらきがあります。つまり、力は、物体に加速度を生じさせる能力とも考えられる。　そこに注目して、１ｋｇの物体に１ｍ／ｓ＾２の加速度を生み出させる力を１Ｎとよびましょう　というわけです。

ではどうして１ｋｇｆ＝９．８Ｎなのか。

１ｋｇの物体を高いところから落とすと９．８ｍ／ｓ＾２の加速度で落下します。自由落下といいます。つまり、地球には１ｋｇの物体に９．８の加速度を生み出す力がある（引力）。

ところで、１ｋｇｆの力があれば１ｋｇの物体を支えることができますね。つまり１ｋｇｆの力は１ｋｇの物体の、９．８の加速度を阻止できる。　だから、１ｋｇｆの力は９．８Ｎの値打ちがある、ということなのです。

書いているうちに　だんだんしんどくなりました。読んでくださっている方もしんどいでしょうから、ここまでにしておきます。

話を戻しますと、

１ｋｇｆ・ｍの仕事というのは１ｋｇｆの力で１ｍ物体を運ぶときの仕事量です。ニュートンを使うと　９．８Ｎ・ｍ　です。

ところで、１Ｎ・ｍ　のことを１Ｊ　とかきます。

このＪは仕事の単位です。　そしてこれはエネルギーの単位でもあるのです！！　　　またまた複雑ですね。

仕事＝エネルギー　　ここがポイント　

あるいは　エネルギー＝他のものに対して仕事をする（潜在）能力ともいいます。

やっと　核心に近づいてきました。

自動車(軽四900kg)が時速100km/hで走っているときのエネルギー

運動エネルギー＝（１／２）ｍｖ＾２　と表されます。ｍ車の質量、ｖ速さ

ですから、この軽自動車の運動エネルギーは　６９４０００Ｊになります。（１００ｋｍ／ｈ＝２７．７ｍ／ｓと換算します）

ではこのエネルギーとは何なのか。これはこの軽自動車が他のものに対してできる仕事の量でもあるということです。
具体的にいうと、今、この自動車がこのスピードで走っています。目の前に、大きな荷物が置いてあります。車はそのままの勢いで荷物にぶつかってずるずると荷物を動かして最後は止まりますね。

こんなとき、物理学学者は「車は荷物を運んだぞ、車は仕事ができたんだ！！」というのです。

つまり、走っている車は、自分の運動エネルギーをつかって、仕事ができる。つまり、運動エネルギーとは外部に対して仕事をする潜在能力だ、というわけです。

これが、車のエネルギー（仕事をする潜在エネルギー）なのです。（実際には摩擦熱や車が壊れるのにエネルギーの一部が使われたりしますので１００％が有効に使われるわけではありませんが）

一番最初というか、弾丸に戻りますと、弾丸の運動エネルギーが体の組織を壊す（力を加えて組織を動かす、破壊する）のに使われたということです。そして弾丸は止まった。運動エネルギーを組織の破壊に使い切ったということです。

材質、形が同じならば速度が大きく、口径が大きいほど殺傷能力が高い。

同じ口径速度ならば、鉛よりプラスチック弾（密度小さい、軽い）の方が殺傷能力が小さい・・・・

というありきたりな結論がよろしいかと・・・・・

弾丸の回転エネルギーはは大きな要素でしょうが私には計算する力はありません。

お礼

ご回答ありがとうございました。大変参考になりました。

回答No.8

noname#58790

１ｋｇは、９．８Nの重さなの。
１kg・m=1kgf＝９．８N

じゃーなんで１Nは１０倍の
１ｋｇｍｓ＾２の加速エネルギーがあんの？
ねー。
ねーなんで？＾＾；

真空でやっちまったからだぅ。
地表では９.８倍するか良く考えるんだぅ。＾＾

回答No.7

sanori

＃５の者です。再びお邪魔します。
誤記がありましたので、訂正します。

まちがい
その３
床との動摩擦力が小さい条件で、（重さ不明の）物体を、床と水平方向に１ｍ押したり引きずったりして加速したとき、
その仕事は１ｋｇｆ・ｍ

訂正後
その３
床との動摩擦力が小さい条件で、（重さ不明の）物体を、床と水平方向に１ｋｇｆの力で、１ｍ押したり引きずったりして加速したとき、
その仕事は１ｋｇｆ・ｍ

（「１ｋｇｆの力で」を書き忘れていました。）

なお、
＃６さんのご回答を見て気になりましたが、
質問者さんが求めているのは、
「時速100km/hで"走っているとき"のエネルギー」ですよね？
自動車の速さをゼロから１００ｋｍ／ｈにするための仕事や運動エネルギーではなく、
１００ｋｍ／ｈの一定速度を維持するための仕事（率）であると解釈して、前回回答しました。

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.5

sanori

１ｋｇ・ｍと書くより、１ｋｇｆ・ｍと書くほうがよいですね。

＞＞＞
エネルギーkg・m=1kgfの力が力の方向に物体を1m動かすときの仕事、という意味が分かりません。
この場合、物体とは1kgの重さのものという意味ですか？力の方向とはどっちの方向なのでしょうか？　

色々考えられますよ。

その１
重さ１ｋｇの物体を重力に逆らって地面と垂直に１ｍ持ち上げたとき、
その仕事は１ｋｇｆ・ｍ

その２
（重さ不明の）物体を、床との動摩擦力１ｋｇｆで床と平行に１ｍ押したり引きずったりしたとき、
その仕事は１ｋｇｆ・ｍ

その３
床との動摩擦力が小さい条件で、（重さ不明の）物体を、床と水平方向に１ｍ押したり引きずったりして加速したとき、
その仕事は１ｋｇｆ・ｍ

＞＞＞
例えば、自動車(軽四900kg)が時速100km/hで走っているときのエネルギーを例にとって説明をお願いします。
この場合、力の方向、物体、とは何を指すのでしょうか？

１００ｋｍ／ｈで走行しているときの、摩擦力等（空気抵抗、地面とタイヤの摩擦、機械的摩擦、エンジンブレーキ）が、総合して、Ｆ[kgf]であるとしましょう。
すると、１時間当たりにする仕事は、Ｆ×１００ｋｍ　です。
つまり、時間を確定させないと、仕事の量も確定しません。
このような場合は、あくまでも１時間当たりにする仕事で考えます。
Ｆ×１００ｋｍ／ｈ　＝　Ｆ[kgf]×１０００００[m]÷１時間[hr]
　＝　（Ｆ[kgf]×９．８[N/kgf]×１０００００[m]）÷３６００[s]
　＝　（Ｆ×９．８×１０００００[J]）÷３６００[s]
　＝　２７２Ｆ[W]
２７２×Ｆワットの仕事率です。

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.4

Denkigishi

私も中学校の理科で、仕事＝力×距離　という公式を教えられ、ずっとそのまま覚えて今日に至っておりますが、力と重量を混同すると、意味が分からなくなります。　
［仕事］＝［静止している物体を動かすために必要な外力］×［移動距離］です。力は物体の重量ではありません。通常は摩擦力です。
方向は、一般的には力を加えた同じ向きに物体は動きますが、レールに乗っている貨車を押す場合は、力の向きに関わらず、貨車はレールの向きに動くので、力の成分のうちレールと同じ向きの成分だけを有効な力とします。
摩擦が無い場合でも、重力に逆らって上向きに動かした場合は、この式で説明が出来ます。この場合は外力がなした仕事は位置エネルギーとして保存されます。
貴方が説明を求めている自動車は、あえて言うと、［タイヤの摩擦力と向かい風の力］×［移動距離］＝［エンジンの為した仕事］となりますが、伝達機構の損失なども含めると複雑すぎて、本問の事例としては相応しくありません。　自動車の重量はタイヤの摩擦力に、時速は風圧に関係しますが、直接的には計算上は無関係です。

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.3

emu1982

♯２です。

すみません。間違えました。早くもメッキがはがれてしまったようで。。。

古典力学ではこの場合、等速直線運動という扱いになります。
よって、「慣性の法則」によりエネルギーはかからないということになりますね。

あと、1km=1000mですから、数式だけでも間違えていたことに。。。
申し訳ないですｗ

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.2

emu1982

元理系です。物理学専攻でした。過去の産物ですが、うろ覚えの知識を出してみます。

エネルギー1kgf・mは、1kgの物体を1m動かすときに必要となるエネルギー（仕事量）です。

おっしゃってる例ですと、「力の方向」は「自動車の進行方向」、「物体」は「自動車」ですね。仮に１時間走ったとするとそのときの自動車を動かしたエネルギー（仕事量）は
900(kgf)×10000(m)＝9000000kgf・m
になります。

自動車が例ですと、自動車が自分で動いてる感じがするのでイメージとは違うかもしれません。エンジンが自動車を動かしていると考えた方がイメージに近いです。

エンジンが自動車を100km動かしたときのエネルギー（仕事量）は
9000000kgf・mだ。と言った方が正しいですかね。

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.1

shintaro-2

＞エネルギーkg・m=1kgfの力が力の方向に物体を1m動かすときの仕事

１Ｊが１Ｎで１ｍ動かす仕事です
Ｎ：ニュートンは力ですので、F=maとなります。
慣性の法則がありますので、力を加えないと物体は動きません。

＞物体とは1kgの重さのものという意味ですか
何kgでもかまいません
＞力の方向とはどっちの方向なのでしょうか？
力の向きはどうでも良いです。
＞物体とは何のことを言っているのでしょうか？
質量のあるものです。
＞例えば、自動車(軽四900kg)が時速100km/hで走っているときのエネルギー

この場合は、運動エネルギーとして、mV^2/2　となります。mは質量
もちろんエンジンは、タイヤの転がり抵抗や、風の抵抗、その他もろもろの抵抗に打ち勝つだけの仕事をしてます。

お礼

ご回答ありがとうございました。