船の運動エネルギーの計算（質量をどう考えるのか）について教えて下さい。

質問

船の運動エネルギーの計算（質量をどう考えるのか）について教えて下さい。

今、娘に物体の運動エネルギーについて教えていますが、古典力学で習った、運動エネルギー＝１／２ｍｖ＾２を船の巡航に適用する際、このｍは船の重量を使うべきでしょうか？

船は水上に浮かんでいるため、その浮力により、見た目は質量はゼロとなってしまいます。（船の重量は総排水量に等しい、といろいろなサイトで説明されています）

水中での摩擦、風、波の影響等たくさん考える要素はありますが、単に水の上を移動した場合の運動エネルギーで質量をどう考えるのかについて教えて下さい。

どうぞよろしくお願いします。

回答No.1

hitokotonusi · ベストアンサー

質量は浮力で0になったりはしませんよ。
まずは重量と質量の違いを理解してください。

質量・・・物体の動きにくさの程度を表すもの（慣性質量）
重量・・・物体に働く重力の大きさ

質量は加速度と力の間の比例係数で、核反応でもおきない限りは変わりません。
重量が示すものは『力』で、重力によります。月では1/6になるといわれいるのはこの重量のほうで、月の上でも質量は変化しません。

式で書けば、加速度a、力Ｆ、質量mとして F=ma で決まる物が質量。
重力加速度をgとして、mgが重量です。

重量は地球上の重力の大きさで割った単位で『mg/(地上の重力の大きさ)』によりあらわされることが多く、地上では『gの大きさ=(地上の重力の大きさ)』なので値が質量に等しく、しばしば混同されますが、全くの別物です。

浮力が働くときの重量の定義はしかとは存じ上げないのですが、
おそらくは重量も変化しないとするのではないかと思います。
浮力が働いて船が浮かんでいるという場合、

重力による力（=重量）と浮力がつりあっている

と表現するだろうと思います。

ということで、運動エネルギーを計算する場合には重量ではなく質量を使わなければいけませんから、0になることはありません。船がどんな状態にあろうとも、積載物を含めてすべて同じ状態であるなら、質量はいつでも同じ値です。

お礼

どうもありがとございました。

確かに宇宙空間で重量ゼロでも質量はあり、そこから運動エネルギーを計算するので、船でも同じことですね。教えていただいて、なんとなく質問が愚問だったように思いました。

どうもありがとうございました。