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力と仕事について
地球の地面に質量を持った物体を置いて静止を保っている場合、重力と地面からの反作用の力が常に働いているため、位置エネルギーも運動エネルギーも発生せず一切仕事が発生していない。また、乾電池の+極と-極の間には約1.5Vの電位差が存在するが、単体で放置した場合回路が形成されておらず電流が流れることがないため、電力は発生しない。このような事実をもとに次の問いに答えよ。 問1 A君は約1トンの物質Bを持ち上げようとしたがびくともしなかった(つまり地面からの反作用の力は若干変化したが、物質Bの位置エネルギーも運動エネルギーも変化しなかった)。しかしA君は安静時よりも相当腹が減った。この理由を答えよ。 問2 C君はラジコンRを壁にまっすぐ向けておき、コントローラで前進するよう指令を出したところ、ラジコンRは移動することがなかった(つまり壁からの反作用の力は変化したが、ラジコンRの位置エネルギーも運動エネルギーも変化しなかった)がラジコンRに取り付けられた電池は消費した。この理由を答えよ。 問3 問1、問2と類似の事象を、理由とともに答えよ。 夏休みの自由研究にはちょっと遅いのですが・・・
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お礼
何度もありがとうございます。 だんだん話がずれてきたように思いますので、もう一度原点に立ち返りたいと思います。 私の疑問は、力の上では平衡状態にあってもエネルギーを消費するのはなぜか、ということです。たとえば、人間が重い物を持ち上げる方向に力を加えた時、それが10秒持続した場合と30秒持続した場合では、明らかに30秒持続した方がエネルギーを食っていると思うのです。ラジコンのタイヤのグリップがしっかりしている仮定で、壁に向かって力を加えている(より正確にはタイヤと床の静止摩擦力が釣り合っていて壁とラジコンの間に作用反作用の力が釣り合っている状態)では、位置的な変位はないにもかかわらずこの力が加わっている状態が長いほど電池をより多く消費すると思うのです。これまでのご説明では、微妙な変異がエネルギー消費の原因ということだったと思いますが、平衡状態を持続させるためにもエネルギーを消費しているように見えます。つまり、エネルギーの無駄遣いをしていることに他ならないのですが、それはどういった理由によるものなのか、ということが知りたいです。