中3です。「仕事」も「エネルギー」も、単位は同じ…?
中学生から、こんなご質問をいただきました。
「“エネルギー”は、
“仕事”と同じ単位を使うのですね。
なぜ同じなのか、謎です…」
大丈夫、安心してください。
理解のコツをお教えしましょう!
おっしゃる通りで、
“仕事” も “エネルギー” も、
単位はジュール(J)を使います。
単位が同じなのは、
“仕事” も “エネルギー” も、
「物体を動かす」という、
同じ話の中で出てくるからです。
では、詳しく解説します。
成績アップへ、行きますよ!
■まずは準備体操から!
もしかすると、
「仕事って何ですか? 理科では特別な意味?」
「ジュール(J)が分かりません…」
という中学生もいるかもしれません。
そんな皆さんのために、
“準備体操”のページをご用意しました。
こちらのページでは、
◇理科の世界での、「仕事」の意味
を解説しています。
もう1つのページは、
◇「仕事」の単位:ジュール(J)
を詳しく説明しています。
読んだあとで戻ってくると、
“すごく分かるようになったぞ!”
と実感がわくでしょう。
理科のコツは、基礎から1つずつ
積み上げることです。
実力アップに直結しますよ!
…
■「おこづかい」のたとえ話
では、準備のできた中3生に向けて、
本題へと進みましょう。
“仕事” と “エネルギー” は、
どちらも「物体を動かす話」の中で
出てくるものです。
“仕事”は、
◇実際に物体を動かした量
のことなので、
動かしたあとで考えることが多いです。
いっぽう、“エネルギー”は、
◇物体を動かすことができる能力
を意味するので、
動かす前の話であることが多いです。
「なるほど!」
という声も少し聞こえましたが、
まだピンと来ない中3生もいるでしょう。
そこで、こんな“たとえ話”を。
--------------------------------
【おこづかいで「本を買う」】
本屋さんに入ったら、
Aさんが以前から欲しかった、
400円の単行本がありました。
Aさんは、
ちょうどおこづかいを持っていました。
そこで、400円支払い、
単行本を買いました。
---------------------------------
ここでは、
・「単行本を買った」
という行動(動き)が“仕事”です。
「単行本を買った」という“動き”が、
理科の世界では、
「仕事をした」という言い方になります。
(行動が終わった後で、
「先ほどの行動は…」という形で
計算が始まるので、
過去形と相性がよいですね!)
いっぽう、
・「400円のお金を持っている」
ということが、“エネルギー”です。
まだ買い物をしていなくても、
「買おうと思えば、買える」
(=400円あるので、
400円のものなら、買う能力がある)
ということですね。
行動するための能力(可能性)があることを、
理科の世界では、
「エネルギーをもっている」
と言います。
エネルギーの話は、
実際の動き(行動)が起こる前から、
することができますよ。
理科のコツが、見えてきましたね!
…
■理科の「エネルギー」とは?
たとえ話で、イメージがつかめたと思います。
「エネルギー」とは、
◇物体を動かしたり、
変形させたりする能力(可能性)のこと
ですから、
まだ動きが起きていなくても、
「エネルギーをもっている」
という言い方ができます。
いっぽう、
「重さ50N の物体を、1m 持ち上げました。」
というように、
・報告の形で書いてある (過去形)
・「持ち上げた」という“動き”がある
こんな場合は、「仕事」ですね。
(ちなみに、この例では、↑
仕事の大きさは、
50N × 1m = 50J となります。
準備体操のページで、
計算法も説明しましたね。)
「なるほど!」という声が、
先ほどよりもたくさん聞こえました。
さすが中3生の皆さんです。
理解力も高まっていますね。
では、こんな例はどうでしょう?
私から皆さんに質問です。
「高さ1m のところに、
重さ50N の物体があります。
物体の下に段ボール箱を置いて、
物体を落としたら、どうなる?」
5秒考えてください。
はい、ではどうぞ~~!!
(「…ええぇっ?」
と思う中学生もいるかもしれませんが、
元気のいい声が響きましたね。
実力アップも、本物のようです。)
(回答例)潰れる ← 予想
(回答例)へこむ ← 予想
(回答例)傷つく ← 予想
その通りです。
落とせば段ボールにあたり、
形が変わるでしょう。
皆さんの“予想”は当たっています。
それで――
“予想”と言った通り、
この質問で、私はまだ、
物体を落としてはいません。
「落としたら、どうなりそうですか」
と可能性の話をしているのです。
ですから、これは“エネルギー”の話。
高さ1m のところにある、
重さ50N の物体は、
「エネルギーをもっている」と言います。
50N × 1m = 50J ですから、
「50J のエネルギーをもっている」
というわけですね!
…
<まとめ>
物体のもつ「エネルギーの大きさ」は、
その物体ができる「仕事の大きさ」と
同じになります。
同じ単位、ジュール(J)を使うのは
そのためです。
先ほどの、
・高さ1m にある、重さ50N の物体
を実際に落とせば、
50J の衝撃が、段ボールに加わります。
今までにたくさん実験した人がいるので、
皆さんが今ここで、
50N の物体を落として
箱を壊してみなくても、
50J の衝撃が起こることや、
箱が壊れることはもう分かります(笑)
ですから、どうしてもやりたい人が、
50N の物体を落とし、
「衝撃をはかってみました」と言って、
破壊(=“仕事”)の大きさを
測定したとしても、
それは50J なのです(笑)
物体を落とさなくても、
上に置いてある50N の物体を見て、
皆さんは“心の目”でイメージし、
数秒後(=可能性)が見えるはずです。
「ああ、下の箱が壊れそうだな」
「高いところにある、重いものは危ないな」
そう“感じる”ことじたいが――
上に置いてある50N の物体が、
「エネルギーをもっている」ことを
知っているということなのです。
そして、落とさなくても、
計算によって、
この物体のもつエネルギーが
50J であることが分かる、
ということになりますね!
…
さあ、中3生の皆さん、
次のテストは期待できそうですね。
定期テストは、「学校ワーク」から
たくさん出るものです。
スラスラできるよう、
繰り返し練習しておきましょう。
理科もグングン上げられますよ!
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私は10年間で200名以上の中学生の生徒さんを指導してきましたが、そのうち8割以上が「塾に行っても成績が上がらない」という悩みを抱えていました。しかし、多くの中学生の生徒さんを教える中で、そんな生徒さん達に共通する特徴があることが分かりました。⇒続きはこちら
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