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位置エネルギーと自由落下
ボールなどの物を高いところから落すと、地面(下)に向かって落下します。つまり、速度(運動エネルギー)が増えます。高いところにある物が持っていた位置エネルギーが、運動エネルギーに変わったわけです。
スキーのジャンプ競技では、高いところから滑り降りてジャンプしますね。位置エネルギーを利用しているわけですね。
位置エネルギーは、
物体の質量 × 地球の重力 × 物体の高さ
です。
運動エネルギーは
½ × 物体の質量 × (物体の速度)²
です。
落下するとき、
物体の高さが低くなる=位置エネルギーが減る
物体の速度が増える=運動エネルギーが増える
と、位置エネルギーが運動エネルギーに変わります。
それを計算するのが以下の式です。(空気抵抗や摩擦の影響は無視しています。)
| 運動エネルギー(J) | |
| 落下時間(秒) | |
| 落下速度(m/s) | |
| 落下速度(km/h) |
たとえば高さ10mのところから落下すると、地面(高さ0m)までは約1.4秒で移動して地面に衝突します。衝突時の速度は約14m/s(約50km/h)になります。
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