ジェットコースターの力学的エネルギー保存





力学的エネルギー保存の法則

ジェットコースターをよく見ると、非常に興味深いことを発見することができます。いいえ、何も発見することができないというのが、むしろ面白いでしょうか?まさにジェットコースターには何ら動力がないということです。最初に、外部モーターを利用してジェットコースターを最も高いところまで引き上げると、それからは、自然のジェットコースターが移動します。もしそうなら、ジェットコースターが一回り回ったときに落ちないのは、レールが車輪を握っているからでしょうか?

ここで力学的エネルギー変換と保存が使用されます。つまり、出発する前に、非常に高いところまで引き上げるとジェットコースターは、非常に大きい位置エネルギーを持っています。このジェットコースターは下に降りてくると高さが低くなり、位置エネルギーが小さくなり、この小さくなったサイズだけ運動エネルギーが大きくなります。つまり、ジェットコースターが降りてくるときは、位置エネルギーが運動エネルギーに変わりながらジェットコースターの速度が増加します。

もしそうなら、ジェットコースターの速度が最も速いのはいつでしょうか?速度が最も大きいのは、運動エネルギーが最も大きいものであり、これはまた、位置エネルギーが最も小さいことを意味します。つまり、最も下にあるときローラーコースターの速度は、最も速くなります。

これは、遊園地のバイキングでも同じです。これも、降りるとき、位置エネルギーが運動エネルギーに変わり、速力がどんどん増えています。一方、床を過ぎるてからは運動エネルギーが位置エネルギーに変わり、速度が減少高さが高くなることです。つまり、床から一番速いです。やはりすべての点で運動エネルギーと位置エネルギーは、一方が減少すれば、反対側が増し、力学的エネルギーは、常に同じ値を保持します。

しかし、私たちの世界で力学的エネルギーが保存される場合は、ほとんどありません。まさに空気の抵抗や摩擦からです。摩擦がない場合は、非常に高いところから落ちる雨粒は恐ろしい速度となり、雨滴によって建物が破壊されることができます。もちろん、実際にはそのようなことが起こりません。空気があるからです。つまり、空気は私たちが呼吸する以上の役割をします。