エネルギー保存の法則と回転力

質問

いろんなサイトを読んだのですが、回転力、遠心力など総合して、エネルギー保存の法則についてなかなか理解できないので教えてください。

■エネルギー保存の法則において、動力の起点となる中心が動作する力と、その動力から起こりうる力はどのようなものがあり、どのように働いているのでしょうか？
■それらの力は最終的に
　中心の力（起点となる動力）＝　中心の力以外のいくつかの力
となるのですよね？
■特に、遠心力（向心力）と動力の関係がわかりにくく、遠心力は動力の妨げになるのでしょうか？

回答No.4

yokkun831

>その圧力はエネルギーとなり、エネルギー保存の法則によりモーターからのエネルギーの一部となるのでしょうか？

なるほど、確かにそういうことになりそうですね。
ただし、システムとして継続的に取り出せるエネルギーにはなりえない気もします。

補足

そうですか。
やはり遠心力から生まれる（見せかけの？）外向きの力→圧力
を利用してエネルギーを取り出せないようですね。
どうも遠心力というのは理解するのが非常に難しいですね。
貴重なアドバイスをして下さり、ありがとうございます。

回答No.3

yokkun831

>つまり、モーターの力（トルク？）＝物体を円運動させる力＋ロスでつり合っていて、エネルギー保存の法則から言えば、遠心力は余剰なエネルギーになるのでしょうか？

力またはトルクとエネルギーの関係を理解されないととんでもない誤解に陥ります。

エネルギー＝仕事をする能力をできる仕事量ではかる
仕事＝力×距離（正確には力と変位の内積の積分）

回転運動の場合、距離＝半径×角度（弧度法による）ですから、

仕事＝力×半径×角度＝トルク×角度

となります。力とエネルギーは関係はあるものの全く異なる物理量ですから、力があるからエネルギーがあるという短絡は危険です。

いわゆる「回転力」および「抵抗力」はこの場合回転方向すなわち円の接線方向の力に関する表現です。回転力＝抵抗力（モータートルク＝摩擦・抵抗・負荷によるトルク）のつりあいが成り立っていれば、モーターの出力が負荷に対する仕事と摩擦・抵抗によるロスにふりわけられたということになるでしょう。

一方、遠心力は「ともに回転する立場」で見たときに半径外向きに受けるように見える「みかけの力」です。回転半径が変われば、遠心力が仕事をしたと見ることも可能ですが、そうでなければ遠心力は移動方向に垂直ですから仕事をしません。また、遠心力が仕事をしたように見えるのは「ともに回転する立場」から見てのことであり、外から見たら向心力が小さくなったために、物体がまっすぐ運動しようとして中心から離れたという慣性の表れに過ぎません。

補足

遠心力は「みかけの力」ということはわかりました
しかし、遠心力にて圧力をかけられる状態があった場合
その圧力はエネルギーとなり、エネルギー保存の法則によりモーターからのエネルギーの一部となるのでしょうか？

回答No.2

noname#100814

質問者さんは動力という言葉をどのような意味でお使いですか？
　動力は物理学用語ではないようです。
　機械用語辞典によると、動力とは単位時間に対する仕事の割合だそうで、
おなじみのキロワットなどが動力の単位の一例です。

お礼

正確な用語を分かっておらず失礼しました。
今回動力という言葉はモーター出力をイメージして使っておりました。
（（モータの出力Ｐ（Ｗ）とトルクＴ（Ｎ・ｍ）、回転速度Ｎ（ｒｐｍ）の関係は、Ｐ＝0.1047×N×Ｔ　））
ご指摘ありがとうございます。

回答No.1

yokkun831

前２つは何を求められているのかはっきりしません。
おそらく「回転力」といわれるものが「力のモーメント」または「トルク」という量で考えるべきだということが理解されればよいのではないでしょうか？初歩的には，トルク＝力×うでの長さです。
２番目は全く意味不明です。
３番目ですが，遠心力は向心力とは意味が異なりますので注意が必要です。回転半径が変わらない円運動であるならば，遠心力は回転による運動方向に垂直ですから仕事をしませんので，動力の妨げになることはありません。もちろん，軸の摩擦などに関係することになれば間接的には影響することになるでしょう。

補足

早速回答を頂きありがとうございます
なるほど、力のモーメントの理解が必要だったようです。
ありがとうございました。

私が疑問に思ったのは半径 r 、速度 v で回転運動する質量 m の物体を回転の中心に取り付けたモーターで動作させた時、エネルギー保存の法則から言って、モーターの力（トルク？）はその物体が円に沿って進む力とロスされる力（空気抵抗等）に分散されると思っています。
つまり、モーターの力（トルク？）＝物体を円運動させる力＋ロスでつり合っていて、エネルギー保存の法則から言えば、遠心力は余剰なエネルギーになるのでしょうか？
それともモーターの力（トルク？）＝物体を円運動させる力＋ロス＋遠心力なのでしょうか？