ポテンシャル（位置）エネルギーのゆくえは？

質問

ｈ(m)の高さから重さｍ(g)粘土を地面（高さ0m）に落とすとほとんど跳ね返りません。ではポテンシャルエネルギーｍｇｈはどこへいったのでしょうか？（ｇ：重力加速度）

１、熱になった
２、電気エネルギーになった
３、磁気エネルギーになった
４、消滅した

１だとは思うのですが、原理がよく分かりません。
電気エネルギーと磁気エネルギーはありえないと思うのですが…。
消滅することってあるのでしょうか？
エネルギー保存の法則は跳ね返り係数が１の時のみ成り立つんですよね？
これは跳ね返り係数がほぼ０という事だと思うで…。

結構単純な質問な気がしますが、原理を教えて下さい。お願いします！

回答No.6

physicist_naka · ベストアンサー

まず、エネルギーは保存しますので、必ず何かの
エネルギーになっています。
で、どのエネルギーになったかですが、厳密には
音のエネルギーとかいろいろ考えられるかもしれ
ませんが、私が思うにやはり熱のエネルギーでは
ないかと思います。
その原理は、粘土が変形しますので、粘土内の粒子
同士の摩擦、粘土内の（粘性のある）液体の変形
によって発熱します。
変形のエネルギーという意見もありえるかと思いますが、
これは例えば金属の針金をぐいっと曲げたとき、
曲げた部分の金属の原子の配列が変わるような場合
だと思います。この場合は、微視的に異なった
（エネルギーの高い）状態になっています。
しかし、粘土の場合は、微視的にはあまり変化していな
い（エネルギーは同じ）と思います。もちろん粘土内
の粒子の位置は元の位置とは異なっていますが。

お礼

ありがとうございました。助かりました。
勉強になります。

回答No.8

mmky

追伸まで
＃4mmkyです。
＃7のhagiwara_mさんのご指摘のように変形の仕事に消費されたという表現が正しいですね。変形時の摩擦熱はありますね。ごめん。

お礼

ありがとうございました。助かりました。

回答No.7

hagiwara_m

用語の使い方等を整理した方がいいように思いますので、補足させて頂きます。

力学的エネルギーは、運動エネルギーとポテンシャルエネルギーから成り、ポテンシャルエネルギーの起源には、重力、電場、磁場、固体の巨視的な弾性力など様々なものがあります。

力学的エネルギーが保存されずに失われることを「散逸」と言います。ただし、エネルギーが力学的であるか否かは、あるスケールで力学的エネルギーとして記述できるかどうかという（意外に曖昧とも言える）基準で判断されることに注意して下さい。

さて、ご質問の粘土のケースで、粘土が床に落ちた時に、粘土のポテンシャルエネルギーと運動エネルギーの合計分がどうなるかを考えます。（落下途中の空気摩擦の効果もありますが、あまり高くない所から落とすときは考慮から省いていいでしょう）

落ちた時、粘土は、変形に伴う仕事をされます。一般に変形のための仕事は、弾性エネルギー（不均一な歪も含めるものとする）と内部摩擦に費やされます。そして、粘土といういうのは、内部摩擦に費やされる割合が非常に高い（ほぼ100%)の物質です。

内部摩擦は、通常の摩擦と同様、熱を発生させます。すなわち、初めの力学的エネルギーは、ほとんど全て散逸して、熱になると言えます。ただし、1m程度の高さから1回落とすときの温度の上昇分は、計れないぐらい僅かと思われます。
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=171802

なお、No.3,No.4の方の「変形エネルギー」は、「変形のための仕事」の意味のように思います。仕事は、エネルギーが移行する１形態を表現する言葉ですので、エネルギーの種類とは区別する方がいいです。

お礼

どうもありがとうございました！色々と勉強になりました。
やっぱり粘土という材質が微妙なのですね…。

回答No.5

pocariblue

衝突時に受ける「力積」に着目すれば、
地面と衝突して変形するのも、
熱によって変形するも（気体分子との衝突）、
同じ現象です。

ですから、粘土を変形させるための「熱になった」と、
言い換えられるように思います。

お礼

ありがとうございました。助かりました。

回答No.4

mmky

参考程度に

粘土の場合は、＃3のnubouさんの回答のように変形エネルギーになったというのが一番適切だと思いますね。熱エネルギー変換も少しはあるでしょうが変形の比ではありませんね。選択問題としては熱が正しいのでしょうが本当はマイナーな部分ですよね。問題は問題として変形エネルギーをおぼえてよかったですね。

お礼

ありがとうございました。助かりました。

回答No.3

nubou

年度を指で押すと変形します
そのときに指は年度から反作用の力を受けます
つまり年度を変形するにはエネルギーがいるのです
位置エネルギーの大半は年度の変形に費やされるのです
もちろん音や熱もわずかではありますが関係します

お礼

ありがとうございました。助かりました。

回答No.2

First_Noel

エネルギー保存の法則は常に成り立ちます．
ただ，系を何処まで取るかに依ります．
粘土だけに注目していると，まるで重力エネルギーが
消失したように見えますが，実際には，

Ａ：落ちている途中，空気と触れることで重力エネルギーが
　　粘土の運動エネルギーの他，空気の分子の並進エネルギーに変換される

Ｂ：ドスンと地面に接した瞬間，粘土の運動エネルギーが地球に伝わる

Ｂの分は，損失分を熱としながら地球をどんどん伝わり，
地上に現れた時点でその周辺の空気を叩き，分子の並進エネルギーとなります．

以下，Ａ，Ｂ共通として，並進エネルギーを与えられた分子は，
他の分子と衝突して並進エネルギーが拡散され，結局熱平行的な運動になり，
温度を上昇させます．
（蛇足ですが，熱は構成分子の並進エネルギーのことで，
温度とはその並進エネルギーの分布の状態を表します．）

結局，地球や大気の温度を上昇させる訳ですが，温度が上昇すると，
熱輻射が増大します．一部は宇宙空間へ飛び出し，果てしない旅路に出ます．
地球に留まった分は，大気循環やら地表温度やらの分布として
遷移していきますが，結局は最終的に宇宙へ出て行ってしまうでしょう．

あなたが粘土を持ち上げたエネルギーは，身体の中の
化学反応で生じたもので，その根元は食べ物です．
食べ物は，地球に存在する，遙か昔に宇宙で出来た水素原子が
恒星内で核融合した重い原子を，
太陽光エネルギーで繋ぎ変えられて出来たものです．
即ちあなたが粘土を持ち上げたエネルギーも，元は宇宙空間にあったものです．

結局こうして，地球と宇宙との間で熱平衡が成立している，と言うことになります．

そう考えると，あなたが粘土を持ち上げたエネルギーは，
この宇宙が出来たとき，そこに存在していたエネルギーを
一部拝借したもの，とも考えられます．

お礼

詳しい解説どうもありがとうございました。
エネルギー保存の法則…高校の時はそう習ったのですが、上に進むとそのように細かくなるのですね。とても勉強になりました。

実はこれ…学校の課題なんです…。
どうして４択しかなかったんだろう…。
今度先生に聞いてみたいと思います。

回答No.1

fine_day

・粘度そのものが変形する
・音を出す
・床が変形する

…などなど、状況によっていろんなエネルギーに変換されると思います。

お礼

早速の回答、ありがとうございます！
実は…（補足に続く）

補足

すいません…説明が足りませんでした。
回答は１～４から選ばなければならないのです…。