高校物理 温度と熱の問題

質問

問題　

摩擦のある水平面上に質量2.0ｋｇの物体が置かれている。10Nの力で水平方向に2.0ｍ押し続けたところ、速さが3.0ｍ/ｓになった。摩擦によって発生した熱量は何Jか？

答え　11J

私、全然物理わからないので、わかりやすい解き方を教えてください。。。

できれば使う公式なども書いてくれると助かります。

私が書いた図も付けておいたので、参考にしてください。

では、よろしくお願いします。

回答No.1

Quarks · ベストアンサー

物体が仕事をされると、その分だけ物体の力学的エネルギーが増えます。

物体は高さを変えませんから、重力による位置エネルギーは変化しません。
しかし、速度が０から３[m/s]に変化しましたから、運動エネルギーは増加します。

仕事量Ｗは、「力×力の働く方向への移動距離」で求められますから
Ｗ＝10[N]・2[m]=20[J]
ですね。

運動エネルギーはどのくらい変化したでしょうか？
初めは止まっていましたから
Ｋ＝０[J]
でしたが、3[m/s]の速さで動くようになっていますから
Ｋ’＝(1/2)・2・3^2＝9[J]
になっています。つまり、9-0=9[J]だけ増加しています。

ここで、おかしいことが起こっています。20[J]の仕事をされたのですから、運動エネルギーも20[J]増えているはずなのに、9[J]しか増えていません。
差分はどうなったのでしょうか？
答を先に書きますと、この差分は熱のエネルギーに変化したのです。
実は、摩擦力などの力が作用しているときには、仕事は物体の力学的エネルギーに変化すると同時に、熱にも変化します。今の場合は、まさにこの例に当たるのです。

「仕事」－－－－→「力学的エネルギー」
　　　　　　｜
　　　　　　　－－→「熱エネルギー」

20[J]－－－－－→ 9[J]
　　　　　　｜
　　　　　　　－－→「熱エネルギー」(?)

単純な、引き算ですね。

お礼

小学生でもわかるような解説ありがとうございました。おかげでしっかり理解できました。